JACS:新型紅外非線性光學晶體材料Na2ZnGe2S6

　　6月15日，《JACS》期刊發表了由中國科學院新疆理化技術研究所潘世烈研究員團隊撰寫的標題為Na₂ZnGe₂S₆: a new infrared nonlinear optical material with good balance between large second-harmonic generation response and high laser damage threshold的學術論文（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138(23), 7422–7428, DOI: 10.1021/jacs.6b03734）。

　　紅外固體雷射器的發展在軍事和民用領域都起著重要的作用。作為紅外固體雷射器的核心器件，紅外非線性光學晶體起著關鍵的作用，雖然已有AgGaQ₂（Q=S，Se）和ZnGeP₂商業化晶體，但由於非線性係數和雷射損傷閾值兩者不能很好地平衡，因此仍缺乏性能優良的紅外非線性光學晶體，繼續探索具有大倍頻、高損傷閾值、寬透過範圍、易生長的紅外非線性光學晶體仍是該領域的研究熱點。

　　該團隊前期調研發現硫屬化合物具有較寬的紅外截止邊，成為紅外材料探索的重要選擇之一；體系中引入鹼金屬，有利於提高材料帶隙，並進一步增大雷射損傷閾值；此外，引入具有d10電子結構的鋅和易形成畸變四面體基元的鍺元素能夠增大形成非中心對稱結構的機率。基於以上策略，科研人員採用真空封管進行高溫固相反應，成功製備了一種性能優良的新型紅外非線性光學晶體，Na₂ZnGe₂S₆。該晶體結晶於單斜非心Cc空間群，而且可以在空氣中長時間穩定存在。

　　研究人員還發現該材料具有優異的性能，其波段透過範圍為0.38-22 μm，覆蓋兩個重要的大氣窗口（3-5 μm和8-12 μm）；在2.09 μm雷射下的倍頻能力可以媲美商業化晶體AgGaQ₂，但其雷射損傷閾值是AgGaQ₂晶體的6倍。因此，該化合物很好地實現了大倍頻和高雷射損傷閾值的平衡，同時為未來探索優異的紅外非線性光學晶體提供了研究思路。

　　Na₂ZnGe₂S₆的結構及性能表徵，圖來源：JACS