Инфракрасные нелинейно-оптические кристаллы (NLOC), как ключевые устройства для преобразования частоты лазера, имеют важное применение в твердотельных лазерах. Современные коммерческие нелинейно-оптические кристаллы ИК-излучения в основном включают соединения типа халькопирита, состоящие из тетраэдрических групп, такие как AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 и ZnGeP2 (ZGP). Однако из-за присущих им недостатков в характеристиках эти материалы больше не могут полностью удовлетворять требованиям современного развития инфракрасных лазерных технологий. Таким образом, существует острая необходимость в разработке новых инфракрасных нелинейно-оптических материалов на основе новых мотивов или новых стратегий, позволяющих преодолеть ограничения существующих свойств материалов и получить новые высокоэффективные инфракрасные нелинейно-оптические материалы с новыми структурами.
Центр исследования кристаллических материалов Синьцзянского института физико-химических технологий Китайской академии наук занимается исследованием новых оптоэлектронных функциональных кристаллов. Предыдущие исследования показали, что ртуть имеет уникальную электронную конфигурацию, которая способствует образованию сильно поляризованных ионов Hg2+, что приводит к значительному нелинейному оптическому отклику. В то же время Hg имеет большое количество координационных форм и в процессе связывания с сернистыми элементами может образовывать линейные [HgSe2], планарные [HgSe3] и треугольно-конические [HgQ4] (Q=S, Se) нелинейно активные радикалы. Из-за ограничения пятого правила Боулинга (правила экономии) большинство предварительно синтезированных соединений серы на основе ртути содержат только один нелинейный реактивный мотив, а соединения, состоящие из тетраэдров [HgQ4], являются преобладающими, что ограничивает химические и структурные возможности разнообразие соединений на основе ртути. На основе предыдущих исследований исследовательская группа под руководством исследователя Пань Шили и исследователя Ли Цзюньцзе из Центра исследования кристаллических материалов Синьцзянского института физики и химии Китайской академии наук предложила стратегию проектирования «три в одном». систему соединений серы на основе Hg, т.е. трех видов нелинейно активных, но различающихся анизотропией поляризуемости групп ［HgQn] (n=2, 3, 4) в попытке преодолеть ограничение «сбережения» правило» в одном соединении и синтезировал первый инфракрасный нелинейно-оптический материал на основе ртути Hg7P2Se12 (HPSe), который содержит [HgSe2], [HgSe3] и [HgSe4] одновременно. Соединение демонстрирует большой октавный отклик второго порядка (∼1 × AGS) при двухмикрометровом источнике света, а кристалл имеет широкую инфракрасную границу (∼22,8 мкм) и высокий порог лазерного повреждения (∼2 × AGS). предполагая, что нарушение «правила сохранения» и увеличение разнообразия групп является эффективной стратегией дизайна. Это говорит о том, что нарушение «правила экономии» и увеличение разнообразия групп является эффективной стратегией разработки новых инфракрасных нелинейно-оптических материалов с новой структурой и отличными характеристиками. Этот результат вдохновит исследователей на исследование новых инфракрасных нелинейно-оптических материалов с превосходными комплексными характеристиками.
Результаты исследования были опубликованы в полном тексте в журнале Advanced Functional Materials издательства Wiley, при этом Синьцзянский институт физики и химических технологий (XICT) выступил в качестве единственного завершающего подразделения, Шилиу Пан и Цзюньцзе Ли — в качестве соответствующих авторов, а также постдокторант Юй Чу и докторант. Хуншань Ван как соавторы. Исследовательская работа финансировалась Программой талантов Китайской академии наук, Национальным фондом естественных наук Китая и Фондом естественных наук Синьцзянского автономного района.
Рисунок 1. Структура и оптические свойства кристаллов HPSe. (а) Рентгенограммы монокристаллов HPSe (вставленный рисунок представляет собой оптическую фотографию HPSe); (б) – диаграммы пропускания ИК-излучения монокристаллов HPSe, AGS и ZGP (вставленный рисунок представляет собой оптическую фотографию HPSe, AGS и ZGP); (в) – эффект удвоения порошка образцов HPSe; (г) УФ-спектры пропускания монокристаллов HPSe; и (д) типичный селенидный нелинейный ИК-статистический анализ диапазона оптического пропускания оптических материалов. где синий цвет представляет область с высоким коэффициентом пропускания.
