福建物構所碘酸鹽二階非線性光學晶體的設計與合成獲進展

2020-12-19 中國科學院

　　近年來，具有非中心對稱的無機晶體材料，基於它們可能存在的二階非線性、鐵電、壓電和熱釋電性能而受到廣泛關注。金屬碘酸鹽晶體因具有較強的倍頻效應、較寬的透過波段、較高的熱穩定性和光學損傷閾值在二階非線性光學晶體材料領域佔有非常重要的地位。設計二階非線性光學材料的關鍵是如何誘導無心結構的形成及如何增加化合物的極化率同時保留大的帶隙。最近研究表明，簡單的雙原子位置的不等價取代的方法是一種設計新的高性能倍頻晶體的新思路。

　　在國家基金委重點和面上項目、重大研究計劃培育項目以及中國科學院戰略性先導科技專項等的資助下，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提出了三原子位置的不等價取代方法，以α- and β-Ba2[VO2F2(IO3)2](IO3)為母體化合物，利用Ga3+取代V5+，同時以兩個F-取代兩個O2-，設計合成了兩例新穎的碘酸鹽倍頻晶體，α- and β-Ba2[GaF4(IO3)2](IO3)。

　　α- and β-Ba2[GaF4(IO3)2](IO3)保留了具有較強極化率的拓撲結構，[GaF4(IO3)2]3- 聚陰離子基團和孤立的IO3-基團排列較為整齊，因此具有大的粉末倍頻效應 (~ 6 × KDP)，同時，因為後主族元素Ga和強電負性F-離子的引入，同母體化合物相比，大大擴寬了晶體的帶隙，從而增強了其雷射損傷閾值(4.61 eV, 29.7 × AGS and 4.35 eV, 28.3 × AGS)。實驗結果表明，這兩個晶體在紫外到中紅外波段具有很強的透過性能，具有潛在的應用價值。同先前的雙原子位置不等價取代方法相比，三原子位置的不等價取代利用了中心金屬陽離化合價相差為2，實現了從d0過度金屬八面體到非d0過度金屬八面體的轉化，這一轉變十分有望擴展二階非線性光學晶體的研究體系和材料種類。這種三原子位置的不等價取代有望成為一條簡便有效的無機非線性光學晶體材料的設計方法。

　　相關結果發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，文章第一作者為博士生陳瑾(DOI: 10.1002/anie.201813968R1)。

 

福建物構所碘酸鹽二階非線性光學晶體的設計與合成獲進展

　　近年來，具有非中心對稱的無機晶體材料，基於它們可能存在的二階非線性、鐵電、壓電和熱釋電性能而受到廣泛關注。金屬碘酸鹽晶體因具有較強的倍頻效應、較寬的透過波段、較高的熱穩定性和光學損傷閾值在二階非線性光學晶體材料領域佔有非常重要的地位。設計二階非線性光學材料的關鍵是如何誘導無心結構的形成及如何增加化合物的極化率同時保留大的帶隙。最近研究表明，簡單的雙原子位置的不等價取代的方法是一種設計新的高性能倍頻晶體的新思路。
　　在國家基金委重點和面上項目、重大研究計劃培育項目以及中國科學院戰略性先導科技專項等的資助下，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提出了三原子位置的不等價取代方法，以α- and β-Ba2[VO2F2(IO3)2](IO3)為母體化合物，利用Ga3+取代V5+，同時以兩個F-取代兩個O2-，設計合成了兩例新穎的碘酸鹽倍頻晶體，α- and β-Ba2[GaF4(IO3)2](IO3)。
　　α- and β-Ba2[GaF4(IO3)2](IO3)保留了具有較強極化率的拓撲結構，[GaF4(IO3)2]3- 聚陰離子基團和孤立的IO3-基團排列較為整齊，因此具有大的粉末倍頻效應 (~ 6 × KDP)，同時，因為後主族元素Ga和強電負性F-離子的引入，同母體化合物相比，大大擴寬了晶體的帶隙，從而增強了其雷射損傷閾值(4.61 eV, 29.7 × AGS and 4.35 eV, 28.3 × AGS)。實驗結果表明，這兩個晶體在紫外到中紅外波段具有很強的透過性能，具有潛在的應用價值。同先前的雙原子位置不等價取代方法相比，三原子位置的不等價取代利用了中心金屬陽離化合價相差為2，實現了從d0過度金屬八面體到非d0過度金屬八面體的轉化，這一轉變十分有望擴展二階非線性光學晶體的研究體系和材料種類。這種三原子位置的不等價取代有望成為一條簡便有效的無機非線性光學晶體材料的設計方法。
　　相關結果發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，文章第一作者為博士生陳瑾(DOI: 10.1002/anie.201813968R1)。
 
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