中科院新疆理化所紅外非線性光學材料研究獲進展

  紅外非線性光學晶體作爲激光頻率轉換的關鍵器件,在全固態激光器中具有廣泛的應用。當前商用的中遠紅外非線性光學晶體主要包括類金剛石結構的AgGaS2AgGaSe2ZnGeP2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前紅外激光技術發展的需求。因此,亟需開發性能優異的新型中遠紅外非線性光學材料。類金剛石結構化合物,具有豐富的結構多樣性及可調的光學性能。因此,在類金剛石結構化合物中探索具有大倍頻及抗損傷的新型中遠紅外非線性光學材料一直是該領域研究的一個熱點。 

  在中國科學院人才计划、国家自然科学基金及新疆自治区自然科学基金等的资助下,中國科學院新疆理化技术研究所光电功能材料实验室潘世烈研究员及李俊杰研究员带领的研究团队通过优选四面体结构基元,以类金刚石结构硫属化物为结构模板,设计并合成出首例具有大带隙的复合碱金属碱土金属四元类金刚石结构红外非线性光学材料Li4MgGe2S7。光學性能測試結果表明,Li4MgGe2S7具有目前報道的四元硫屬化合物中最大帶隙4.12 eV,同時Li4MgGe2S7表現出較好的倍頻效應,約爲0.7 ×AgGaS2,並能實現Ⅰ型相位匹配。理論計算的結果表明,堿金屬及堿土金屬四面體的引入,有利于增大類金剛石結構的帶隙,爲後續設計大帶隙類金剛石結構材料提供了一個新的思路。這一結果將激勵科研人員探索更多性能優異的堿金屬及堿土金屬複合的類金剛石結構紅外非線性光學材料。該研究成果以VIPVery Important Paper)形式發表在Wiley公司出版的《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107613)。該論文新疆理化技術研究所爲第一完成單位,新型光電功能材料實驗室博士研究生艾力江及黃君本爲共同第一作者,李俊傑研究員與潘世烈研究員爲共同通訊作者。 

  此外,該團隊在類金剛石結構中通過異價原子替代,在Hg-P-S的體系中開發出一例具有大倍頻(3.6 ×AgGaS2)、綜合性能優異的、新型三元硫屬缺陷類金剛石結構紅外非線性光學材料Hg3P2S8,並成功獲得毫米級的高質量單晶。該研究成果以封面形式發表在美國化學會出版的《材料化學》上(Chem. Mater., 2021, DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01982)。該論文新疆理化技術研究所爲第一完成單位,新型光電功能材料實驗室博士研究生楚羽及碩士研究生王鵬爲爲共同第一作者,李俊傑研究員與潘世烈研究員爲共同通訊作者。

  文章鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202107613 

  https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01982 

  (來源:新疆理化所)

    

1a)垂直于[102]方向的蜂窩層;(bLi4MgGe2S7的三維類金剛石結構;(c)內徑爲4.3 孔道蜂窩三維結構;(dLi4MgGe2S7晶體結構中的(Ge2S7)6-二聚體。