Germanato de bismuto

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Cristales de escintillador BGO cubiertos con una máscara de pintura blanca (partamente dilapidada)
A crystal cylinder rests on a piece of white cloth, which itself sits on a blue surface of a table.
Diámetro de 1 pulgada, cristal de 1 pulgada de altura de BGO. BGO degenera bajo luz UV, por lo que aquí está iluminado con una pantalla LCD portátil para asegurar la exposición UV mínima.
El óxido de bismuto y germanio o germanato de bismuto es un compuesto químico inorgánico de bismuto, germanio y oxígeno. El término más común se refiere al compuesto con fórmula química Bi4Ge3O12 (BGO), con la estructura cristalina cúbica de evlitina, que se utiliza como centelleador. (El término también puede referirse a un compuesto diferente con la fórmula Bi12GeO20, un material electroóptico con estructura de silenita, y Bi2Ge3O9.)

Bi4Ge3O12

El Bi4Ge3O12 tiene una estructura cristalina cúbica (a = 1,0513 nm, z = 4, símbolo de Pearson cI76, grupo espacial I43d n.º 220) y una densidad de 7,12 g/cm3. Cuando se irradia con rayos X o rayos gamma emite fotones de longitudes de onda entre 375 y 650 nm, con un pico a 480 nm produce unos 8500 fotones por megaelectronvoltio de la radiación de alta energía absorbida. Tiene buena dureza a la radiación (parámetros que se mantienen estables hasta 5,104 Gy), alta eficiencia de centelleo, buena resolución energética entre 5 y 20 MeV, es mecánicamente resistente y no es higroscópico. Su punto de fusión es de 1050 °C. Es el centelleador basado en óxido más común.

El óxido de bismuto y germanio se utiliza en detectores en física de partículas, física aeroespacial, medicina nuclear, exploración geológica y otras industrias. Las matrices de germanato de bismuto se utilizan para espectroscopia de pulsos gamma. Los cristales de BGO también se utilizan en detectores de tomografía por emisión de positrones.

Los cristales disponibles comercialmente se obtienen mediante el proceso Czochralski y suelen suministrarse en forma de cuboides o cilindros. Se pueden obtener cristales de gran tamaño. La producción de cristales se realiza normalmente a unos 1100 °C, es decir, unos 50 °C por encima de su punto de fusión.

Bi12GeO20

El Bi12GeO20 tiene una estructura cristalina cúbica (a = 1,01454 nm, z = 2, símbolo de Pearson cI66, grupo espacial I23 n.° 197) y una densidad de 9,22 g/cm3. Este germanato de bismuto tiene coeficientes electroópticos elevados (3,3 pm/V para Bi12GeO20), lo que lo hace útil en óptica no lineal para construir celdas de Pockels, y también se puede utilizar para dispositivos fotorrefractivos para el rango ultravioleta.

Los cristales Bi12GeO20 son piezoeléctricos, muestran fuertes efectos electroópticos y acústico-ópticos y encuentran un uso limitado en el campo de los osciladores de cristal y los dispositivos de ondas acústicas de superficie. Se pueden crear varillas y fibras de monocristal mediante un proceso de zona flotante a partir de una varilla de mezcla de óxido de bismuto y óxido de germanio. Los cristales son transparentes y de color marrón.

Los cristales de BGO y compuestos similares BSO (Bi12SiO20, óxido de silicio y bismuto, sillenita) y BTO (Bi12TiO20), son fotorrefractivos y fotoconductores. Los cristales de BGO y BSO son fotoconductores eficientes con baja conductividad en la oscuridad. Se pueden utilizar en aplicaciones electroópticas, como PROM óptico, moduladores de luz espacial PRIZ, grabación de hologramas en tiempo real, correladores y sistemas para corrección adaptativa de pulsos láser ultracortos, y en sensores de fibra óptica para campos eléctricos y magnéticos. Las estructuras de guía de ondas permiten una iluminación uniforme en un amplio rango espectral. Las estructuras de sillenita de película delgada, que se pueden depositar, por ejemplo, mediante pulverización catódica, tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales. Los cristales de BSO se utilizan en moduladores de luz espacial direccionados ópticamente y en válvulas de luz de cristal líquido. La actividad óptica de BTO es mucho menor que la de BGO y BSO. A diferencia de las perovskitas, que tienen un rendimiento similar, las sillenitas no son ferroeléctricas.

Los materiales pueden utilizarse en ópticas de matriz en fase.

Durante la pulverización catódica, la temperatura del objetivo debe mantenerse por debajo de los 450 °C, ya que de lo contrario la presión de vapor del bismuto haría que la composición se salga de la estequiometría, pero por encima de los 400 °C se forma la fase γ piezoeléctrica.

Véase también

  • Bolometro centelleante
  • Germanate

Referencias

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  3. ^ Proceso para la producción de monocristals germanato de bismuto con una alta respuesta de la scintillación. Le Gal et al US Patent 4664744
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  • Cristales de centelleo
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