中科院理化所亞硒酸鹽非線性光學材料探索取得新進展
非線性光學晶體是一類重要的光電功能晶體。它通過倍頻、和頻、差頻、光參量放大和多光子吸收等非線性過程可以對激光進行調(diào)制和操縱。這類晶體被廣泛應用于激光頻率轉(zhuǎn)換、四波混頻、光束轉(zhuǎn)向、圖像放大、光信息處理、光存儲、光纖通訊、水下通訊等研究領域。 亞硒酸鹽化合物因含有活性孤對電子的Se4+,在外光電場作用下容易誘導出強的極化,從而產(chǎn)生大的非線性光學效應,因而在二階非線性光學材料探索中有著重要的研究價值。長期以來,增強亞硒酸鹽非線性光學材料的非線性光學效應主要是通過引入具有二階姜-泰勒效應的d0過渡金屬陽離子(如Ti4+,Nb5+,V5+,Mo6+等)等手段來實現(xiàn)的。然而,缺憾是當引入d0過渡金屬陽離子增強光學效應的同時,通常會顯著地減小材料的帶隙值,并伴隨著較差的抗激光損傷性能。 近日,中國科學院理化技術研究所晶體中心林哲帥研究組在亞硒酸鹽材料體系中,提出異價取代調(diào)控能帶結(jié)構的分子設計策略,發(fā)現(xiàn)并合成了一例在可相位匹配的亞硒酸鹽非線性光學材料中具有最寬帶隙的新型材料Pb2GaF2(SeO3)2Cl。通過移除過渡金屬、引入主族元素和高電負性的氟元素,Pb2GaF2(SeO3)2Cl的帶隙擴寬至4.32 eV,且抗激光損傷閾值是現(xiàn)有同構材料的三倍,提高至120 MW/cm2。此外,Pb2GaF2(SeO3)2Cl還表現(xiàn)出了較強的非線性光學響應,其倍頻信號強度是同等粒徑下KDP樣品的4.5倍,在未來的高功率激光倍頻領域有潛在的應用價值。此工作以Pb2GaF2(SeO3)2Cl: Band engineering strategy by aliovalent substitution for enlarging bandgap while keeping strong second harmonic generation response 為題發(fā)表在美國化學會期刊J. Am. Chem. Soc. (DOI:10.1021/jacs.8b11485)上,并被遴選為當期封面文章。 異價取代能帶工程策略——金屬陽離子八面體的結(jié)構演化與帶隙調(diào)控 論文第一作者為理化所2014級直博生尤豐光和梁飛,通訊作者為林哲帥和胡章貴。 該研究工作得到國家自然科學基金委、中科院福建創(chuàng)新研究群體以及中科院青年創(chuàng)新促進會的大力支持。 |