El óxido de bismuto germanio o germanato de bismuto es un compuesto químico inorgánico de bismuto , germanio y oxígeno . Más comúnmente, el término se refiere al compuesto con fórmula química Bi 4 Ge 3 O 12 ( BGO ), con estructura cristalina cúbica de evlitina , utilizado como centelleador . (El término también puede referirse a un compuesto diferente con fórmula Bi 12 GeO 20 , un material electroóptico con estructura de silenita , y Bi 2 Ge 3 O 9 ).
Bi 4 Ge 3 O 12 tiene una estructura cristalina cúbica ( a = 1,0513 nm, z = 4, símbolo de Pearson cI76 , grupo espacial I 4 3d No. 220) y una densidad de 7,12 g/cm 3 . [1] 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 alrededor de 8500 fotones por megaelectronvoltio de radiación de alta energía absorbida. Tiene buena dureza de radiación (los parámetros permanecen estables hasta 5,10 4 Gy ), alta eficiencia de centelleo, buena resolución energética entre 5 y 20 MeV, es mecánicamente fuerte y no es higroscópico . Su punto de fusión es de 1050 °C. Es el centelleador a base de óxido más común. [2]
El óxido de bismuto y germanio se utiliza en detectores de física de partículas , física aeroespacial , medicina nuclear , exploración geológica y otras industrias. Las matrices de germanato de bismuto se utilizan para la espectroscopia de pulsos gamma. Los cristales BGO también se utilizan en detectores de tomografía por emisión de positrones .
Los cristales disponibles comercialmente se cultivan mediante el proceso de Czochralski y normalmente se suministran en forma de cuboides o cilindros. Se pueden obtener cristales de gran tamaño. La producción de cristales normalmente se realiza alrededor de 1100 °C, es decir, alrededor de 50 °C por encima de su punto de fusión. [3]
Bi 12 GeO 20 tiene una estructura cristalina cúbica ( a = 1,01454 nm, z = 2, símbolo de Pearson cI66 , grupo espacial I23 No. 197) y una densidad de 9,22 g/cm 3 . [4] Este germanato de bismuto tiene altos coeficientes electroópticos (3,3 pm/V para Bi 12 GeO 20 ), [5] lo que lo hace útil en óptica no lineal para construir células de Pockels , y también puede usarse para dispositivos fotorrefractivos para el rango ultravioleta .
Los cristales Bi 12 GeO 20 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 . [6] Las varillas y fibras monocristalinas se pueden cultivar mediante un proceso de zona flotante a partir de una varilla de una mezcla de óxido de bismuto y óxido de germanio . [7] Los cristales son transparentes y de color marrón. [8]
Los cristales de BGO y compuestos similares BSO (Bi 12 SiO 20 , óxido de silicio bismuto , sillenita ) y BTO (Bi 12 TiO 20 ), son fotorrefractivos y fotoconductores . Los cristales BGO y BSO son fotoconductores eficientes con baja conductividad en la oscuridad . Se pueden utilizar en aplicaciones electroópticas , como PROM ópticas, 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 pueden depositarse, por ejemplo, mediante pulverización catódica , tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales. Los cristales BSO se utilizan en moduladores de luz espaciales con dirección óptica y en válvulas de luz de cristal líquido . [9] La actividad óptica de BTO es mucho menor que la de BGO y BSO. [10] A diferencia de las perovskitas con un rendimiento algo similar , las sillenitas no son ferroeléctricas .
Los materiales pueden encontrar uso en óptica de matriz en fase .
Durante la pulverización catódica, el objetivo debe mantenerse por debajo de 450 °C ya que, de lo contrario, la presión de vapor de bismuto sacaría la composición de la estequiometría , pero por encima de 400 °C para formar la fase piezoeléctrica γ. [11]