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為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AgGaS2，AgGaSe2和ZnGeP2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、國家自然科學基金及新疆自治區自然科學基金等的資助下，中科院新疆理化技術研究所光電功能材料實驗室研究員潘世烈及李俊杰帶領的研究團隊通過優選四面體結構基元，以類金剛石結構硫屬化物為結構模板，設計并合成出首例具有大帶隙的復合堿金屬堿土金屬四元類金剛石結構紅外非線性光學材料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，約為0.7 ×AgGaS2，并能實現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，為后續設計大帶隙類金剛石結構材料提供了一個新的思路。

　　這一結果有望激勵科研人員探索更多性能優異的堿金屬及堿土金屬復合的類金剛石結構紅外非線性光學材料。該研究成果發表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107613）。

　　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，并成功獲得毫米級的高質量單晶。該研究成果發表在美國化學會《材料化學》上（Chem. Mater., 2021, DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01982）。

　　（a）垂直于[102]方向的蜂窩層；（b）Li4MgGe2S7的三維類金剛石結構；（c）內徑為4.3埃孔道蜂窩三維結構；（d）Li4MgGe2S7晶體結構中的(Ge2S7)6-二聚體。