福建物構所金屬磷酸鹽倍頻晶體的設計與合成研究獲進展

2020-12-05 冉盛網

金屬磷酸鹽NLO晶體具有深紫外透過、較高的熱穩定性以及易於大尺寸晶體生長的特性。在該體系中，利用磷酸根的縮合、引入強畸變的d0-TM（過渡金屬）多面體以及引入易於極化的陽離子框架（Cd2+、 Pb2+、Bi3+等）等設計策略，無機材料學家們獲得了一系列磷酸鹽非線性光學晶體材料。其中，KH2PO4 (KDP)和KTiOPO4 (KTP)作為商用NLO材料已被廣泛應用於各種非線性光學器件。然而，由於磷酸根的高對稱性，其極化率低以及各向異性小，因此多數已有的磷酸鹽晶體存在二階非線性光學效應弱以及雙折射率小的缺點，嚴重限制了它們的實際應用。

在國家基金委面上項目、中國科學院戰略性先導科技專項等資助下，中科院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員毛江高團隊將具有高極化能力的Hg2+引入到磷酸鹽中，通過利用溫和的水熱反應，合成了一例化學組成簡單的磷酸鹽倍頻晶體：LiHgPO4。

LiHgPO4結晶於極性空間群P-42m。其中Hg2+形成了高度畸變的HgO6八面體，與PO4四面體通過共用氧原子形成[HgPO4]￥雙層結構。這種HgO6八面體使得該化合物具有較高的極化率和各向異性，因此LiHgPO4表現出強的倍頻效應和較大的雙折射率，其倍頻係數為KDP的11倍，雙折射率為0.068。理論計算表明，HgO6八面體對於LiHgPO4的倍頻性能和光學各向異性均做出了很大的貢獻。該研究結果為新型高性能磷酸鹽NLO晶體的設計合成提供了一條新的策略。

相關結果在線發表在《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.9b05125）上，文章第一作者為上海科技大學/福建物構所聯培碩士生吳寶林。

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