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Síntese, crescimento e caracterização de Bi12TiO20 puro e dopados com óxidos de terras raras para aplicações em dispositivos do estado sólido

Processo: 96/01740-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de julho de 1996 - 30 de junho de 1998
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:Antônio Carlos Hernandes
Beneficiário:Antônio Carlos Hernandes
Instituição-sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Monocristais  Crescimento de cristais  Cristais fotorrefrativos  Óxidos  Bismuto  Titânio 

Resumo

Atualmente, podemos dizer que existem duas principais linhas de pesquisa em crescimento de cristais a primeira está relacionada com a otimização dos processos de crescimento para a obtenção de materiais monocristalinos, com potencialidades para aplicações em dispositivos já determinadas, de alta qualidade óptica (ausência de centros espalhadores de luz, homogeneidade de índice de refração, etc); a segunda está dirigida para a preparação de novos compostos óxidos, devido a sua estabilidade química e rigidez mecânica. Entre os materiais óxidos, os de estrutura sillenita - Bi12TiO20 (BTO); Bi12SiO20 (BSO); Bin12GeO20 (BGO) - (grupo espacial 123), apresentam propriedades muito similares e de grande interesse científico e tecnológico: são eletro e magnetoópticos, fotocondutivos, opticamente ativos e piezoelétricos [1]. De destacado interesse, entretanto, é a combinação da fotocondutividade com o efeito eletroóptico, resultando nó assim chamado efeito fotorrefrativo. Cristais com esta propriedade encontram aplicações, entre outras, em processamento óptico de sinal, holografia dinâmica e conjugação de fase [1]. Comparados com outros materiais fotorrefrativos, os cristais com estrutura sillenita são caracterizados por possuírem alta sensibilidade fotorrefrativa e resposta rápida/2/. Entre eles, o BTO é o mais promissor, pois possui parâmetros fotorrefrativos mais elevados e atividade óptica mais baixa[3]. Muitos trabalhos têm sido publicados sobre crescimento e estrutura de defeitos nos materiais fotorrefrativos da família sillenita, a maioria tratando do BGO e BSO/5-15]. Com relação ao BTO, que, por apresentar fusão incongruente, é crescido por "Top Seed Sohiuon Growth - TSSG", a quantidade de resultados publicados é menor/13-20]. Além disso, não há ainda um entendimento sólido das causas (e dos possíveis processos para a sua eliminação) dos defeitos responsáveis pelas inomogeneidades ópticas como, por exemplo, esteias e "core". A eliminação dos defeitos típicos destes materiais requer conhecimento adicional dos processos de crescimento visando identificar as causas determinantes do seu aparecimento. A primeira parte deste trabalho será dedicada à realização deste estudo em cristais de BTO. Além disso, cresceremos cristais de BTO com quantidades controladas de impurezas visando estudar os seus efeitos sobre as propriedades ópticas dos cristais. Este procedimento levará não só à determinação de novas composições que melhorem certas propriedades desejáveis como também a um melhor entendimento dos mecanismos responsáveis por elas. A análise do estado atual da pesquisa com estes materiais não deixa dúvidas quanto à atualidade cientifica de duas linhas de trabalho: o estudo dos mecanismos de crescimento, visando à obtenção de cristais livres de defeitos indesejáveis, e a investigação do efeito de impurezas intencionais sobre as propriedades ópticas relevantes para aplicações holográficas. Isto é especialmente evidente com relação ao BTO, tanto por suas propriedades ópticas promissoras, como pela maior escassez de resultado. O grande interesse por esses compostos pode ser evidenciado por dois programas de cooperação científica que viabilizam a utilização dos cristais para pesquisas em desenvolvimento de dispositivos. Um destes programas é com o Laboratório de Óptica do IFGW/Unicamp, onde foram e estão sendo investigadas as amostras de BTO já preparadas em experimentos de holografia dinâmica; o outro é com pesquisadores do Departamento de Física da Universidade de Joensuu, Finlândia. Esses programas estão em andamento e os recentes resultados dessa cooperação estão explicitados nas referências bibliográficas [13-15,25-27]. Além das publicações científicas efetuadas, a formação de recursos humanos é uma outra conseqüência direta do trabalho. Na USP/SC, um mestre em Ciências foi formado, estando agora em seu programa de doutoramento. Neste projeto, estarão envolvidos também dois outros estudantes (um de mestrado e outro de doutorado). (AU)