協(xié)同組裝優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)基元實(shí)現(xiàn)紅外非線性光學(xué)材料中關(guān)鍵性能的平衡

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)激光器中具有重要的應(yīng)用。當(dāng)前商用的紅外非線性光學(xué)晶體主要包括黃銅礦型化合物如AgGaS2， AgGaSe2和ZnGeP2 等。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)前長(zhǎng)波紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求，亟需突破現(xiàn)有材料性能的限制，發(fā)展高性能新型長(zhǎng)波紅外非線性光學(xué)材料。

近期，中科院新疆理化技術(shù)研究所的科研人員通過(guò)系統(tǒng)分析現(xiàn)有紅外非線性光學(xué)材料的性能來(lái)源，提出協(xié)同組裝優(yōu)勢(shì)基元構(gòu)建新型紅外非線性光學(xué)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，并以AⅡBⅡCⅣQⅥ4家族為模板，實(shí)現(xiàn)了該家族硒化物帶隙及二階非線性光學(xué)效應(yīng)的有效調(diào)控，獲得了兩例長(zhǎng)波紅外非線性光學(xué)材料SrCdSiSe4和BaCdSiSe4。

這兩例化合物具有強(qiáng)的二階非線性光學(xué)響應(yīng)，是AgGaS2的2.1至2.7倍，且材料的帶隙為2.67至2.78 eV，屬于寬帶隙半導(dǎo)體，激光損傷閾值達(dá)到商用AgGaS2材料的4倍，有望用于高效、高功率長(zhǎng)波紅外激光的輸出。值得一提的是，SrCdSiSe4為一同成分熔融化合物，具有較好的晶體生長(zhǎng)習(xí)性，有利于實(shí)用化大尺寸單晶的生長(zhǎng)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)及計(jì)算的結(jié)果表明，SrCdSiSe4和BaCdSiSe4化合物中優(yōu)異的綜合性能主要?dú)w因于[AIISe8]、[CdSe4] 和 [SiSe4]優(yōu)勢(shì)基元的協(xié)同組裝。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金及新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金等的支持。

審核編輯 黃宇