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，國際綜合期刊JACS 發(fā)表了由中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新型光電功能材料實驗室研究員潘世烈團隊撰寫的標題為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、易生長的紅外非線性光學(xué)晶體仍是該領(lǐng)域的研究熱點。

　　新疆理化所光電功能晶體材料團隊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稱結(jié)構(gòu)的幾率?；谝陨喜呗?，科研人員采用真空封管進行高溫固相反應(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時間穩(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，該化合物很好地實現(xiàn)了大倍頻和高激光損傷閾值的平衡，同時為未來探索優(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“中國科學(xué)院特殊環(huán)境功能材料與器件重點實驗室和新疆電子信息材料與器件重點實驗室”長期從事紅外/遠紅外非線性光學(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。該團隊下一步將對所報道材料的大尺寸單晶生長開展研究，制備可供單晶器件測試的高質(zhì)量單晶。

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

Na2ZnGe2S6的結(jié)構(gòu)及性能表征