Infraröda icke-linjära optiska kristaller (NLOCs), som nyckelenheter för laserfrekvensomvandling, har viktiga tillämpningar i helsolid-state lasrar. Nuvarande kommersiella icke-linjära optiska IR-kristaller inkluderar huvudsakligen föreningar av koppartyp bestående av tetraedriska grupper, såsom AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 och ZnGeP2 (ZGP). Men på grund av sina respektive inneboende prestandadefekter kan dessa material inte längre helt tillfredsställa kraven från den nuvarande utvecklingen av infraröd laserteknologi. Därför finns det ett akut behov av design av nya infraröda olinjära optiska material baserade på nya motiv eller nya strategier för att bryta igenom begränsningarna för de befintliga materialegenskaperna och erhålla nya högpresterande infraröda olinjära optiska material med nya strukturer.
Crystal Materials Research Center vid Xinjiang Institute of Physical and Chemical Technology, Chinese Academy of Sciences, har ägnat sig åt forskning av nya optoelektroniska funktionella kristaller. Tidigare studier har visat att kvicksilver har en unik elektronisk konfiguration, som bidrar till bildandet av högpolariserade Hg2+-joner, vilket resulterar i en betydande olinjär optisk respons. Samtidigt har Hg rikligt med koordinationsformer och kan bilda linjära [HgSe2], plana [HgSe3] och triangulärt-koniska [HgQ4] (Q=S, Se) ickelinjärt aktiva radikaler i processen att binda med svavelelement. På grund av begränsningen av Bowlings femte regel (sparregel), innehåller de flesta av de försyntetiserade Hg-baserade svavelföreningarna endast ett enda icke-linjärt reaktivt motiv, och föreningarna som består av [HgQ4] tetraedrar är dominerande, vilket begränsar den kemiska och strukturella mångfalden av de Hg-baserade föreningarna. På grundval av tidigare forskning föreslog forskargruppen under ledning av forskaren Pan Shilie och forskaren Li Junjie vid Crystal Materials Research Center vid Xinjiang Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, en "tre-i-ett" designstrategi i systemet av Hg-baserade svavelföreningar, dvs tre typer av icke-linjärt aktiva men olika polariserbarhetsanisotropier av ［HgQn] (n=2, 3, 4) grupper i ett försök att bryta begränsningen av "besparingen regel" i en enda förening, och syntetiserade det första kvicksilverbaserade infraröda olinjära optiska materialet Hg7P2Se12 (HPSe), som innehåller [HgSe2], [HgSe3] och [HgSe4] samtidigt. Sammansättningen uppvisar en stor andra ordningens oktavrespons (~1 × AGS) under en ljuskälla på två mikrometer, och kristallen har en bred infraröd cutoff (~22,8 μm) och en hög laserskadetröskel (~2 × AGS), föreslår att bryta "regeln om bevarande" och öka mångfalden av grupper är en effektiv strategi för design. Detta tyder på att att bryta "sparregeln" och öka mångfalden av grupper är en effektiv strategi för att designa nya infraröda olinjära optiska material med ny struktur och utmärkt prestanda. Detta resultat kommer att inspirera forskare att utforska fler nya infraröda olinjära optiska material med utmärkt omfattande prestanda.
Forskningsresultaten publicerades i fulltext i Advanced Functional Materials av Wiley, med Xinjiang Institute of Physics and Chemical Technology (XICT) som den enda kompletteringsenheten, Shiliu Pan och Junjie Li som motsvarande författare, och postdoktor Yu Chu och doktorand Hongshan Wang som första författare. Forskningsarbetet finansierades av Talangprogrammet för den kinesiska vetenskapsakademin, National Natural Science Foundation i Kina och Natural Science Foundation i Xinjiangs autonoma region.
Figur 1 Struktur och optiska egenskaper för HPSe-kristaller. (a) XRD-mönster av HPSe-enkristaller (den infogade figuren är ett optiskt foto av HPSe); (b)?IR-överföringsmönster för HPSe, AGS och ZGP enkristaller (den infogade figuren är ett optiskt foto av HPSe, AGS och ZGP); (c) pulverfördubblingseffekt av HSe-prover; (d) UV-transmissionsspektra för HSe-enkristaller; och (e) typisk selenid IR icke-linjär Statistisk analys av det optiska överföringsområdet för optiska material. där blå färg representerar området med hög transmittans.
