Infrarøde ikke-lineære optiske krystaller (NLOC'er), som nøgleenheder til laserfrekvenskonvertering, har vigtige applikationer i all-solid-state lasere. Nuværende kommercielle IR ikke-lineære optiske krystaller omfatter hovedsageligt forbindelser af chalcopyrit-typen sammensat af tetraedriske grupper, såsom AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 og ZnGeP2 (ZGP). Men på grund af deres respektive iboende ydeevnedefekter kan disse materialer ikke længere fuldt ud opfylde kravene fra den nuværende udvikling af infrarød laserteknologi. Derfor er der et presserende behov for design af nye infrarøde ikke-lineære optiske materialer baseret på nye motiver eller nye strategier for at bryde gennem begrænsningerne af de eksisterende materialeegenskaber og opnå nye højtydende infrarøde ikke-lineære optiske materialer med nye strukturer.
Crystal Materials Research Center ved Xinjiang Institute of Physical and Chemical Technology, Chinese Academy of Sciences har været viet til forskning i nye optoelektroniske funktionelle krystaller. Tidligere undersøgelser har vist, at kviksølv har en unik elektronisk konfiguration, som er befordrende for dannelsen af meget polariserede Hg2+-ioner, hvilket resulterer i en signifikant ikke-lineær optisk respons. I mellemtiden har Hg rigelige koordinationsformer og kan danne lineære [HgSe2], plane [HgSe3] og trekantet-koniske [HgQ4] (Q=S, Se) ikke-lineært aktive radikaler i processen med binding med svovlelementer. På grund af begrænsningen af Bowlings femte regel (spareregel), indeholder de fleste af de præsyntetiserede Hg-baserede svovlforbindelser kun et enkelt ikke-lineært reaktivt motiv, og forbindelserne bestående af [HgQ4] tetraedre er fremherskende, hvilket begrænser det kemiske og strukturelle mangfoldigheden af de Hg-baserede forbindelser. På baggrund af tidligere forskning foreslog forskerholdet ledet af forsker Pan Shilie og forsker Li Junjie ved Crystal Materials Research Center ved Xinjiang Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, en "tre-i-en" designstrategi i systemet af Hg-baserede svovlforbindelser, dvs. tre slags ikke-lineært aktive, men forskellige polariserbarhedsanisotropier af ［HgQn] (n=2, 3, 4) grupper i et forsøg på at bryde begrænsningen af "besparelsen" regel" i en enkelt forbindelse og syntetiserede det første kviksølvbaserede infrarøde ikke-lineære optiske materiale Hg7P2Se12 (HPSe), som indeholder [HgSe2], [HgSe3] og [HgSe4] på samme tid. Sammensætningen udviser en stor andenordens oktavrespons (~1 × AGS) under en to-mikrometer lyskilde, og krystallen har en bred infrarød cutoff (~22,8 μm) og en høj laserskadetærskel (~2 × AGS), antyder, at at bryde "bevaringsreglen" og øge mangfoldigheden af grupper er en effektiv strategi for design. Dette tyder på, at at bryde "sparereglen" og øge mangfoldigheden af grupper er en effektiv strategi til at designe nye infrarøde ikke-lineære optiske materialer med ny struktur og fremragende ydeevne. Dette resultat vil inspirere forskere til at udforske flere nye infrarøde ikke-lineære optiske materialer med fremragende omfattende ydeevne.
Forskningsresultaterne blev offentliggjort i fuld tekst i Advanced Functional Materials af Wiley, med Xinjiang Institute of Physics and Chemical Technology (XICT) som den eneste færdiggørelsesenhed, Shiliu Pan og Junjie Li som de tilsvarende forfattere og postdoc-stipendiat Yu Chu og ph.d. Hongshan Wang som co-første forfattere. Forskningsarbejdet blev finansieret af Talent Program for Chinese Academy of Sciences, National Natural Science Foundation of China og Natural Science Foundation of Xinjiang Autonome Region.
Figur 1 Struktur og optiske egenskaber af HPSe-krystaller. (a) XRD-mønstre af HPSe-enkeltkrystaller (den indsatte figur er et optisk foto af HPSe); (b)?IR transmissionsmønstre af HPSe, AGS og ZGP enkeltkrystaller (den indsatte figur er et optisk foto af HPSe, AGS og ZGP); (c) pulverfordoblingseffekt af HSe-prøver; (d) UV-transmissionsspektre af HSe-enkeltkrystaller; og (e) typisk selenid IR ikke-lineær Statistisk analyse af det optiske transmissionsområde for optiske materialer. hvor blå farve repræsenterer området med høj transmittans.
