近日，上海光学精密机械研究所(SIOM)课题组利用第一性原理对近紫外和可见光区Ti：蓝宝石激光晶体的起源进行了理论研究。基于密度泛函理论的方法。相关研究成果已发表在《今日材料通讯》上。

Ti：蓝宝石又称掺钛α-Al 2 O 3 单晶，是一种非常重要的激光晶体材料。目前也是一类超强、超快、可调激光器件的关键材料之一。自从 1982 年报道了它的激光特性以来，Ti: 蓝宝石的光吸收带中一些可疑吸收现象的起源一直是人们关注和研究的焦点之一。

根据波长分布，这些有问题的吸收带大致可以分为三个区域：在390 nm处有峰值的近紫外吸收带、多峰配置和小凸起的可见吸收带以及重叠的剩余红外吸收带与激光发射带。

在这项研究中，研究人员对Ti：蓝宝石在近紫外和可见光区域的可疑吸收现象进行了系统的理论研究。

通过对氧化铝晶体结构的分析，以及对钛中可能存在的单一钛掺杂缺陷模型和钛离子对缺陷模型的电子和光学性质的计算，他们指出当间隙附近存在铝空位时Ti 3 +，间隙Ti 3 +会通过结构弛豫进入Al空位，最终形成与置换Ti 3 +等效的缺陷。

置换Ti 3 +离子的3d 电子从Ti 3d 轨道到Al 3s3p 轨道的电荷转移跃迁是近紫外吸收带的主要原因，计算的吸收光谱与实验光谱吻合较好。

此外，可见吸收带的多峰构型和凸起主要是由线接触Ti 3 + -Ti 3 +、面接触Ti 3 + -Ti 3 +和点接触Ti 4的贡献引起的。+ -Ti 3 +离子对。

此外，研究人员从配体场理论和热活化的角度对可见光吸收带的多峰构型和凸点提供了更全面的理解。

该研究不仅揭示了Ti掺杂Al 2 O 3晶体中可疑吸收特性的起源，而且为类似过渡金属离子掺杂具有刚玉结构的氧化物的缺陷和性质的研究提供了思路。