新疆理化所在紅外非線性光學(xué)材料研究方面取得進(jìn)展
新疆理化所在紅外非線性光學(xué)材料研究方面取得進(jìn)展
紅外非線性光學(xué)晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在全固態(tài)激光器中具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前商用的中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體主要包括類金剛石結(jié)構(gòu)的AgGaS2（AGS）、AgGaSe2和ZnGeP2等化合物。然而，由于各自本征的性能缺陷，這些材料已不能完全滿足當(dāng)前紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求。因此，亟需開發(fā)性能優(yōu)異的新型紅外非線性光學(xué)材料。為了獲得大的倍頻效應(yīng)，有利于朝向一致排列的四面體是*常用的結(jié)構(gòu)基元。相比于上述經(jīng)典材料中規(guī)則排列的四面體基團(tuán)，八面體是另一類有利于規(guī)則排列的基團(tuán)，有望用于硫?qū)倩衔锕鈱W(xué)性能的調(diào)控。但由于MQ6（M = 主族金屬元素，Q = S/Se）八面體基團(tuán)較低的形成幾率，相關(guān)研究十分匱乏。
中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心研究團(tuán)隊通過利用堿土金屬八面體調(diào)控非線性活性四面體基團(tuán)的排列，在AIBII3CIII3QVI8家族合成出9例新的硫?qū)倩衔铩＿@些化合物均結(jié)晶于P-6空間群，表明結(jié)構(gòu)中堿土金屬八面體及非線性活性四面體構(gòu)成的風(fēng)車狀框架具有高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于原子的替代。NaMg3Ga3Se8展示出平衡的光學(xué)性能，如大的倍頻效應(yīng)（~ 1 ×AGS），較大的帶隙（2.77 eV），適中的雙折射率（0.079@546 nm），高的激光損傷閾值（~ 2.3 ×AGS）。實驗及計算結(jié)果表明，相較于AgGaQ2，堿土金屬八面體的引入降低了非線性活性四面體基團(tuán)（[MQ4]）所構(gòu)成結(jié)構(gòu)的維度，但不影響四面體基團(tuán)的朝向排列。同時，堿土金屬的引入增大了材料的帶隙。這些結(jié)果為后續(xù)設(shè)計帶隙與倍頻性能平衡的紅外非線性光學(xué)材料提供了新的思路，將激勵研究人員探索更多性能優(yōu)異的八面體與四面體復(fù)合的紅外非線性光學(xué)材料。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上（J. Am. Chem. Soc.）上。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、新疆自然科學(xué)基金等項目的支持。
論文鏈接
圖1（a）AgMg3Ga3S8中Ag、Mg、Ga的配位環(huán)境；（b）四面體基團(tuán)連接形成的Ga-S鏈結(jié)構(gòu)；（c，e）[MgS6]與[GaS4]構(gòu)成的[Mg3Ga3S24]基團(tuán)；（d）AgMg3Ga3S8的三維結(jié)構(gòu)；（f）AGS中形成的[Ga6S18]基團(tuán)；（g）AGS的三維結(jié)構(gòu)
圖2（a）NaMg3Ga3Se8和AGS在2.09 μm激光下不同顆粒度的倍頻效應(yīng)；（b）實驗的帶隙值；（c）計算和實驗的雙折射值；（d）與典型硒化物光學(xué)性能的對比
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