福建物構所非線性光學原子響應理論研究取得進展

2021-01-09 瀟湘晨報

非線性光學（NLO）材料是重要的無機光電信息功能材料之一。早期陰離子基團理論曾引領了NLO領域的發展，面對新材料、新體系和新問題，亟需在此基礎上，突破原有理論框架，從基本原理出發，研究NLO效應的起源。

中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室鄧水全課題組，利用前期提出的NLO原子響應理論方法，開展了NLO材料原子尺度構效關係方面的研究。針對系列經典硼酸鹽NLO化合物，研究了金屬陽離子對倍頻係數的重要貢獻，並指出其貢獻大小會受到可極化能力及周圍陰離子分布的影響。研究還表明，共價鍵的形成會削弱陰離子（如O2-）對倍頻效應的貢獻。此外，通過考慮結構因素，將不同大小的晶胞歸一化，基於系列化合物的數據分析提出了適用於不同晶體結構的半經驗規律deff vs. αsum/(NEg)。該規律能夠很好地描述不同結構硼酸鹽NLO化合物有效倍頻係數與體系可極化性和帶隙的關係，有助於尋找新的NLO材料。該工作發表於ACS Appl.Mater.Interfaces上。

在另一項工作中，研究人員針對長期以來在NLO領域將靜態偶極矩作為尋找新型NLO材料的策略，通過對順電相與鐵電相KH2PO4（KDP）倍頻效應起源的原子尺度研究，明確揭示了靜態偶極矩與二階非線性光學響應大小的無關性，並在現有理論框架下給出了解析證明。研究還指出了低對稱性化合物中的Kleinman對稱性破缺現象。該工作發表於RSC Advances上。

在材料基因組計劃的框架下及NLO材料功能基元理論研究方面，目前廣泛採用的是按化學穩定性所劃分出的基團。但理論上，針對不同物理性質，基團劃分並不一定相同。由於缺乏按照物理性質的結構劃分方案，無法對各種不同組合的基元進行比較，難以準確獲得材料的功能基元。通過分析中子衍射微分截面和X射線散射現象，研究人員首次提出了一般性的按物理性能為標準的基團劃分理論，並基於拓撲方案對邊界原子的貢獻進行了劃分。該理論可以針對特定物理性質計算基團貢獻大小，為功能基元的劃分提供有效的定量標準。以KBBF為例，研究詳細闡述了該理論方法的應用，並發現二階倍頻效應的來源主要是離子鍵金屬中心基團2×[BeO3/3F1/4]（50.0%）與[KF6/4]（31.6%）。該工作發表於Phys. Chem. Chem. Phys.上。

該項工作獲得中科院戰略性先導科技專項、科技部973計劃、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會等資助。

論文連結：1、2

圖1BBO中原子配位情況與單原子貢獻大小

圖2 KBBF中倍頻效應基團的劃分

【來源：福建物質結構研究所】

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