紅外非線性光學(xué)晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在全固態(tài)激光器中具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前商用的中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體主要包括類金剛石結(jié)構(gòu)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(dāng)前紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求。因此，亟需開發(fā)性能優(yōu)異的新型中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)材料。類金剛石結(jié)構(gòu)化合物具有豐富的結(jié)構(gòu)多樣性及可調(diào)的光學(xué)性能，因此，在類金剛石結(jié)構(gòu)化合物中探索具有大倍頻及抗損傷的新型中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)材料一直是該領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

在中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金及新疆自治區(qū)自然科學(xué)基金等的資助下，中科院新疆理化技術(shù)研究所光電功能材料實(shí)驗(yàn)室研究員潘世烈及李俊杰帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)選四面體結(jié)構(gòu)基元，以類金剛石結(jié)構(gòu)硫?qū)倩�物為結(jié)構(gòu)模板，設(shè)計(jì)并合成出首例具有大帶隙的復(fù)合堿金屬堿土金屬四元類金剛石結(jié)構(gòu)紅外非線性光學(xué)材料Li4MgGe2S7。光學(xué)性能測試結(jié)果表明，Li4MgGe2S7具有目前報(bào)道的四元硫?qū)倩�合物中最大帶�?.12 eV，同時(shí)Li4MgGe2S7表現(xiàn)出較好的倍頻效應(yīng)，約為0.7 ×AgGaS2，并能實(shí)現(xiàn)Ⅰ型相位匹配。理論計(jì)算的結(jié)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(jié)構(gòu)的帶隙，為后續(xù)設(shè)計(jì)大帶隙類金剛石結(jié)構(gòu)材料提供了一個(gè)新的思路。

這一結(jié)果有望激勵(lì)科研人員探索更多性能優(yōu)異的堿金屬及堿土金屬復(fù)合的類金剛石結(jié)構(gòu)紅外非線性光學(xué)材料。該研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107613）。

（a）垂直于[102]方向的蜂窩層；（b）Li4MgGe2S7的三維類金剛石結(jié)構(gòu)；（c）內(nèi)徑為4.3�？椎婪涓C三維結(jié)構(gòu)；（d）Li4MgGe2S7晶體結(jié)構(gòu)中的(Ge2S7)^6-二聚體。

此外，該團(tuán)隊(duì)在類金剛石結(jié)構(gòu)中通過異價(jià)原子替代，在Hg-P-S的體系中開發(fā)出一例具有大倍頻（3.6 ×AgGaS2）、綜合性能優(yōu)異的新型三元硫?qū)偃毕蓊惤饎偸�結(jié)構(gòu)紅外非線性光學(xué)材料Hg3P2S8，并成功獲得毫米級(jí)的高質(zhì)量單晶。該研究成果發(fā)表在美國化學(xué)會(huì)《材料化學(xué)》上（Chem. Mater., 2021, DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01982）。