新疆理化所類黃銅礦紅外非線性光學(xué)材料研究獲進(jìn)展

　　目前，商業(yè)化的紅外非線性光學(xué)晶體主要為黃銅礦類型材料，例如AgGaS2，AgGaSe2和ZnGeP2，其具有很好的非線性光學(xué)系數(shù)和寬的透過范圍，在紅外變頻領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。但一系列性能缺陷影響了它們的應(yīng)用范圍，例如AgGaS2和AgGaSe2具有低的激光損傷閾值，ZnGeP2在1 μm附近存在嚴(yán)重的雙光子吸收等。優(yōu)異的非線性光學(xué)材料要求具有大的非線性光學(xué)系數(shù)（> 0.5×AgGaS2），寬的帶隙（>3.0 eV）以及合適的雙折射率（0.03-0.10）。,材料的非線性光學(xué)系數(shù)與帶隙存在反比關(guān)系，如何實現(xiàn)材料的性能平衡成為探索新型紅外非線性光學(xué)材料的研究難點。 

　　中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所光電功能材料實驗室潘世烈研究團(tuán)隊致力于新型紅外非線性光學(xué)晶體材料的研發(fā)?？紤]到商業(yè)化紅外非線性光學(xué)材料的性能缺陷，該團(tuán)隊以著名的黃銅礦材料AgGaQ2 (Q=S,Se)為模板，通過在結(jié)構(gòu)中引入合適的非線性活性基元（MIVQ4：MIV=Ge,Sn）來取代GaQ4基元，保證材料具有大的非線性光學(xué)系數(shù)；引入具有高正電性的堿金屬或者堿土金屬來取代Ag原子來增大材料的帶隙，進(jìn)而提高材料的抗激光損傷能力?；谝陨喜呗?，科研人員優(yōu)選Li-Ba-MIV-Q體系為研究對象，設(shè)計和合成了四種新的紅外非線性光學(xué)材料，Li2BaMIVQ4。四種材料均結(jié)晶于非中心對稱空間群：I-42m，具有與黃銅礦材料相同的點群（-42m），相比于傳統(tǒng)的黃銅礦結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其在c軸方向上有明顯的結(jié)構(gòu)壓縮畸變，因此可將Li2BaMIVQ4稱為類黃銅礦材料。 

　　科研人員在已報道過的I2−Ba−MIV−Q4 (I =一價離子, 例如 Cu, Ag, Na)體系調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，已知化合物的結(jié)構(gòu)均隨著不同的MIV和Q原子發(fā)生轉(zhuǎn)變，但Li2BaMIVQ4體系材料均結(jié)晶于同一空間群，這一現(xiàn)象首次在I2−Ba−MIV−Q4體系中發(fā)現(xiàn)。經(jīng)性能測試表明，該系列材料具有很好的非線性光學(xué)性能，均能實現(xiàn)相位匹配，消除了AgGaSe2的性能缺陷。同時Li2BaGeS4 和Li2BaSnS4滿足了優(yōu)異紅外非線性光學(xué)材料的性能特點，實現(xiàn)了寬帶隙、大的非線性光學(xué)系數(shù)和合適的雙折射率之間的性能平衡，消除了商業(yè)化黃銅礦材料的性能缺陷。同時，類黃銅礦紅外非線性光學(xué)材料的發(fā)現(xiàn)為以后探索新材料提供了很好的設(shè)計策略。 

　　該研究結(jié)果發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（JACS）上。相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金、“萬人計劃后備人選”等項目資助。 

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類黃銅礦材料設(shè)計和性能比較