非線性光學晶體材料是重要的光電信息功能材料，在信息、能源、工業製造、醫學、科研等領域具有廣泛的應用前景。隨著雷射精密機械加工業、雷射化學、紫外雷射光譜學和雷射醫學等學科的快速發展，全固態深紫外相干光源需求也愈加迫切，而其中關鍵突破點在於紫外和深紫外波段的非線性光學晶體的研製和應用。長時間以來，設計、合成性能優異的新型紫外非線性光學晶體材料一直是新型功能材料領域的研究熱點，實現定向的設計、合成非線性光學材料則是其中難點之一。
中國科學院新疆理化技術研究所特殊環境功能材料與器件重點實驗室潘世烈研究團隊近年來致力於新型紫外、深紫外非線性光學晶體的研究。近日，該團隊選取經典的紫外非線性晶體β-BaB2O4為模板，通過「化學共替代」設計策略，用有利於紫外區域透過的鹼金屬（K），鹼土金屬(Ca，Sr，Ba)和稀土金屬(Lu，Y，Gd)共同去替代β-BaB2O4結構中的Ba原子，首次設計併合成出12種具有非中心對稱的複合金屬硼酸鹽。研究者通過實驗和理論計算，對其中的3種釔基衍生物進行了全面物理化學性能的表徵。研究結果顯示，K7MIIY2(B5O10)3 (MII= Ca，Sr，Ba)的倍頻效應為0.9-1.2倍KDP，紫外截止邊均低於190nm。與此同時，該系列化合物能夠實現1064nm下相位匹配，晶體易於生長，有望作為新型紫外非線性光學晶體材料。在以往研究中，該團隊還提出了將(BO3F)4-功能基團引入硼酸鹽框架的設計策略，成功設計、合成出一系列具有潛力的含氟硼酸鹽深紫外非線性光學晶體Li2B6O9F2 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017，56，3916)、NH4B4O6F (J. Am. Chem. Soc. 2017，139，10645)和CsB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed. 2017，56，14119)，綜合性能優異，有望成為深紫外非線性光學晶體。
相關研究成果發表在
《美國化學學會會刊》上。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院等的資助。（來源：中國科學院新疆理化技術研究所）
「化學共替代」設計策略
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