新疆理化所發(fā)現(xiàn)新型綜合性能優(yōu)異的紅外非線性光學(xué)晶體材料

　　6月15日，國(guó)際綜合期刊JACS 發(fā)表了由中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新型光電功能材料實(shí)驗(yàn)室研究員潘世烈團(tuán)隊(duì)撰寫的標(biāo)題為Na2ZnGe2S6: a new infrared nonlinear optical material with good balance between large second-harmonic generation response and high laser damage threshold 的學(xué)術(shù)論文。潘世烈課題組碩士研究生李廣卯為論文第一作者。

　　紅外固體激光器的發(fā)展在軍事和民用領(lǐng)域都起著重要的作用。作為紅外固體激光器的核心器件，紅外非線性光學(xué)晶體起著關(guān)鍵的作用，雖然已有AgGaQ2（Q=S，Se）和ZnGeP2商業(yè)化晶體，但由于非線性系數(shù)和激光損傷閾值兩者不能很好地平衡，因此仍缺乏性能優(yōu)良的紅外非線性光學(xué)晶體，繼續(xù)探索具有大倍頻、高損傷閾值、寬透過范圍、易生長(zhǎng)的紅外非線性光學(xué)晶體仍是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　新疆理化所光電功能晶體材料團(tuán)隊(duì)近年來致力于非線性光學(xué)晶體的研究，前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)硫?qū)倩衔锞哂休^寬的紅外截止邊，成為紅外材料探索的重要選擇之一；體系中引入堿金屬，有利于提高材料帶隙，并進(jìn)一步增大激光損傷閾值；此外，引入具有d10電子結(jié)構(gòu)的鋅和易形成畸變四面體基元的鍺元素能夠增大形成非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)的幾率?；谝陨喜呗?，科研人員采用真空封管進(jìn)行高溫固相反應(yīng)，成功制備了一種性能優(yōu)良的新型紅外非線性光學(xué)晶體Na2ZnGe2S6。該晶體結(jié)晶于單斜非心Cc空間群，而且可以在空氣中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在。

　　科研人員還發(fā)現(xiàn)該材料具有優(yōu)異的性能，其波段透過范圍為0.38−22 μm，覆蓋兩個(gè)重要的大氣窗口（3−5 μm和8−12 μm）；在2.09 μm激光下的倍頻能力可以媲美商業(yè)化晶體AgGaS2，但其激光損傷閾值是AgGaS2晶體的6倍。因此，該化合物很好地實(shí)現(xiàn)了大倍頻和高激光損傷閾值的平衡，同時(shí)為未來探索優(yōu)異的紅外非線性光學(xué)晶體提供了很好的研究思路。

　　此外，潘世烈課題組依托于“中國(guó)科學(xué)院特殊環(huán)境功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和新疆電子信息材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”長(zhǎng)期從事紅外/遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體的研究并取得了一系列成果。此次發(fā)表的文章中報(bào)道的Na2ZnGe2S6（J. Am. Chem. Soc.2016, 138,7422），是繼Na2Hg3M2S8(M = Si, Ge, Sn)(Chem. Mater, 2016, 28, 2795)和Na2BaMQ4(M=Ge, Sn; Q=S, Se)（Angew. Chem. Int. Ed. 2016，55，6713）之后，得到的又一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)大倍頻效應(yīng)和高激光損傷閾值平衡的新型紅外非線性光學(xué)晶體。該團(tuán)隊(duì)下一步將對(duì)所報(bào)道材料的大尺寸單晶生長(zhǎng)開展研究，制備可供單晶器件測(cè)試的高質(zhì)量單晶。

　　相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院“西部之光”等項(xiàng)目資助。

Na2ZnGe2S6的結(jié)構(gòu)及性能表征