鍺(矽)酸鹽倍頻晶體設計與合成獲進展

2021-03-01 中科院之聲

金屬鍺酸鹽通常作為閃爍晶體(BGO)和毫米器件被報導。將Ge、Si引入到硼酸鹽中，無機材料學家們獲得了一系列硼鍺、硼矽酸鹽非線性光學晶體材料。研究人員發現很多含孤對電子（Pb2+、Bi3+等）的非心鍺酸鹽、矽酸鹽有著較高的對稱性甚至立方結構導致其極化率低以及各向異性小，因此多數已有的鍺（矽）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，而且鍺酸鹽極少作為NLO材料被報導。

在國家基金委重點與面上項目、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Bi3+和高配位的Cs+引入到鍺酸鹽中，通過高溫固相，合成了一例一致熔融的鍺酸鹽倍頻晶體：Cs2Bi2O(Ge2O7) (CBGO)。CBGO結晶於極性空間群Pca21。其中Bi3+形成了高度畸變的BiO5多面體，與Ge2O7通過共用氧原子形成七元環結構。這種BiO5八面體使得該化合物具有較高的極化率和各向異性，因此CBGO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13.7倍，雙折射率為0.073。理論計算表明，BiO5八面體對於CBGO的倍頻性能和光學各向異性均做出了很大的貢獻。相關結果在線發表在《德國應用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201909735）。另外該團隊成功地將BiO5引入到硼矽酸鹽體系中得到一系列結構新穎且有著較強倍頻係數的Ba4Bi2(Si8-xB4+xO29)(x=0.09)（BBSBO），其倍頻係數為KDP的5.1倍，論文發表在RSC期刊《化學科學》上（Chem. Sci.,2019, 10, 837）。這些研究結果為新型NLO晶體的合成提供了新的設計策略。文章第一作者均為福建物構所與上科大聯培博士生唐如玲。

福建物構所鍺（矽）酸鹽倍頻晶體設計與合成獲進展

來源：中國科學院福建物質結構研究所


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