An optical criterion to obtain miscible mixed crystals in alkali halides

R. Rodríguez–Mijángosª, G. Vázquez–Polo^b, J.J. Palafox*, and R. Pérez–Salasª

ª Centro de Investigación en Física, Universidad de Sonora, Apartado Postal 5–88, 83190, Hermosillo, Sonora, México.

^b Instituto de Física, Departamento de Estado Solido, Universidad Nacional Autónoma de México Apartado Postal 20–364, 01000, México, D.F

* Departamento de Geología, Universidad de Sonora, Rosales y Colosio, 83000, Hermosillo, Sonora, México.

Recibido el 10 de octubre de 2007
Aceptado el 10 de agosto de 2008

Abstract

This work gives a novel criterion to predict the formation of alkali halide solid solutions and discusses some results obtained in the development of ternary and quaternary miscible crystalline dielectric mixtures of alkali halides. These mixtures are miscible in any concentration of their components. The miscibility of these mixed crystals is quite related to the F center through the behavior observed in the spectral position of the optical absorption F band as a function of the lattice constant of the alkali halide where the F center was formed. By inspection of an energy graph of the F band energy versus lattice constant (Mollwo–Ivey law), a set of points is observed corresponding to several pure alkali halides (such as KCl, KBr, RbCl), which gives a notion of possible mixed materials that would correspond to adjacent points and a solid solution could be obtained, meaning a single phase crystal, which result in ternary and quaternary mixed crystals. Thus, the optical absorption F band allows have a numerical criterion, based on the percentage respective of the F band energy, in order to predict possible solid solutions. We obtained experimental information using diffractograms of the mixed crystals, from which the lattice constant was obtained and compared with a theoretical calculus using a generalization of Vegard's law, finally it is discussed the case of a crystal growing, starting from five components, picking up five consecutive dots from the graph of Mollwo–Ivey's law.

Keywords: F center; solid solutions; optical properties; dielectric mixtures; defects in alkali halides crystals.

Resumen

Este trabajo ofrece un nuevo criterio para predecir la formación de soluciones sólidas en halogenuros alcalinos cristalinos y discute algunos resultados obtenidos en el desarrollo de mezclas dieléctricas cristalinas miscibles de halogenuros alcalinos ternarias y cuaternarias. Estas mezclas son miscibles en cualquier concentración de sus componentes. Tener el resultado de estas mezclas cristalinas está relacionado al centro F a través del comportamiento observado en la banda F de absorción en función de la constante de red de los halogenuros alcalinos donde el defecto fue formado (centro F). Dando un vistazo a la gráfica de Energía de banda F versus constante de red (ley de Mollwo–Ivey), se observa un conjunto de puntos, que dan la pauta (tal como KCl, KBr, RbCl), de posibles mezclas de materiales correspondientes a puntos adyacentes y una solución sólida podría formarse, significando un cristal de una sola fase, que dan por resultado cristales ternarios y cuaternarios. Así, la banda F de absorción nos permite tener un criterio numérico, basado en el porcentaje de cambio de la energía de la banda F que permite obtener soluciones sólidas.. Encontramos información experimental, usando difractogramas de las mezclas cristalinas, se obtienen las constantes de red y se comparan con la obtenida teóricamente a través de la generalización de la Regla de Vegard, finalmente se discute la posibilidad de crecer cristales partiendo de cinco componentes, tomando cinco puntos consecutivos en la grafica de la Ley de Mollwo–Ivey.

Descriptores: Centro F; soluciones sólidas; propiedades ópticas; mezclas dieléctricas; defectos en halogenuros alcalinos cristalinos.

PACS: 61.10.Nz; 65.70.+y; 78.20.Ci; 81.10.Fq; 81.40.Cd

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Acknowledgments

We thank Dr. Hector Riveros Rotge from IFUNAM for the crystal growth, and Dr. Francisco Brown B. of the Department of Research in Polymers and Materials of the UNISON for the SEM images.

References

1. R.R. Mijangos, A. Cordero–Borboa, E. Camarillo, G. Riveros, and V.M. Castaño, Phys. Lett. A 245 (1998) 123.        [ Links ]

2. W.A. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics (Holt, Rinehart and Winston, 1997).        [ Links ]

3. W.B. Fowler, Physics of Color Centers (Academic Press, New York, 1968).        [ Links ]

4. A. Smakula, M.C. Maynard, and A. Repucci, Phys. Rev. 130 (1963) 113.        [ Links ]

5. L. Vegard and M. Schjelderup, Z Phys. 18 (1917) 93.        [ Links ]

6. R. Perez–Salas, R. Aceves, R. Rodriguez–Mijangos, H.G. Riveros, and C. Duarte, J Phys Condensed Matter 16 (2004) 491.        [ Links ]

7. R.R. Mijangos, E. Alvarez, R. Perez–Salas, and C. Duarte, Optical Materials 25 (2004) 279.        [ Links ]

8. R.R. Mijangos et al., Radiation effects & Defects in solids 158 (2003) 513.        [ Links ]

9. R.R. Mijangos, A. Cordero–Borboa, E. Alvaez, and M. Cervantes, Phys Lett A 282 (2001) 195.        [ Links ]

10. G. Vazquez–Polo, E. Cabrera, R.R. Mijangos, E. Valdez, and C. Duarte, Rev. Mex. Fis. 47 (2001), 521.        [ Links ]

11. D.B. Sidershmukh and K. Srinivas, J Mat Science 21 (1986) 4117.        [ Links ]

12. A.E. Cordero–Borboa, R.R. Mijangos, and P.S. Schabes–Retchkiman, J of Mat Science 41 (2006) 7119.        [ Links ]

13. S. Perumal and C.K, Mahadevan, Physica B 369 (2005) 89.        [ Links ]

14. R. Rodriguez–Mijangos, G. Moroyoqui–Estrella, G. Vazquez–Polo, and R. Perez–Salas, Rev. Mex. Fis. 51 (2005) 149.        [ Links ]

15. P.B. Sideshmukh, L. Siderhmukh, and K.G. Subhadra, Halkali halides, a handbook of physical properties, SPRINGER Series in Materials Science (2001).        [ Links ]