Infrarot-nichtlineare optische Kristalle (NLOCs) als Schlüsselelemente für die Laserfrequenzumwandlung finden wichtige Anwendungen in Festkörperlasern. Derzeitige kommerzielle nichtlineare optische IR-Kristalle umfassen hauptsächlich Verbindungen vom Chalkopyrit-Typ, die aus tetraedrischen Gruppen wie AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 und ZnGeP2 (ZGP) bestehen. Aufgrund ihrer jeweiligen intrinsischen Leistungsmängel können diese Materialien jedoch die Anforderungen der aktuellen Entwicklung der Infrarot-Lasertechnologie nicht mehr vollständig erfüllen. Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung neuer nichtlinearer optischer Infrarotmaterialien auf der Grundlage neuer Motive oder neuer Strategien, um die Einschränkungen der vorhandenen Materialeigenschaften zu durchbrechen und neue nichtlineare optische Hochleistungsmaterialien für nichtlineare Infrarotstrahlung mit neuartigen Strukturen zu erhalten.
Das Crystal Materials Research Center des Xinjiang Institute of Physical and Chemical Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften widmet sich der Erforschung neuer optoelektronischer Funktionskristalle. Frühere Studien haben gezeigt, dass Quecksilber eine einzigartige elektronische Konfiguration aufweist, die die Bildung hochpolarisierter Hg2+-Ionen begünstigt, was zu einer signifikanten nichtlinearen optischen Reaktion führt. Mittlerweile weist Hg zahlreiche Koordinationsformen auf und kann im Prozess der Bindung mit Schwefelelementen lineare [HgSe2], planare [HgSe3] und dreieckig-konische [HgQ4] (Q=S, Se) nichtlinear aktive Radikale bilden. Aufgrund der Einschränkung der fünften Regel von Bowling (Sparregel) enthalten die meisten vorsynthetisierten Schwefelverbindungen auf Hg-Basis nur ein einziges nichtlineares reaktives Motiv, und die aus [HgQ4]-Tetraedern bestehenden Verbindungen überwiegen, was die chemischen und strukturellen Einschränkungen einschränkt Vielfalt der Hg-basierten Verbindungen. Auf der Grundlage früherer Forschungen schlug das Forschungsteam unter der Leitung des Forschers Pan Shilie und des Forschers Li Junjie vom Forschungszentrum für Kristallmaterialien des Xinjiang-Instituts für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine „Drei-in-eins“-Designstrategie vor das System der Schwefelverbindungen auf Hg-Basis, d Regel“ in einer einzigen Verbindung und synthetisierte das erste auf Quecksilber basierende nichtlineare Infrarot-optische Material Hg7P2Se12 (HPSe), das gleichzeitig [HgSe2], [HgSe3] und [HgSe4] enthält. Die Verbindung zeigt eine große Oktavreaktion zweiter Ordnung (∼1 × AGS) unter einer 2-Mikrometer-Lichtquelle, und der Kristall weist einen breiten Infrarot-Grenzwert (∼22,8 μm) und eine hohe Laserzerstörschwelle (∼2 × AGS) auf. Dies deutet darauf hin, dass das Brechen der „Regel des Naturschutzes“ und die Erhöhung der Gruppenvielfalt eine wirksame Designstrategie sind. Dies deutet darauf hin, dass das Brechen der „Sparregel“ und die Erhöhung der Gruppenvielfalt eine wirksame Strategie für die Entwicklung neuer nichtlinearer optischer Infrarotmaterialien mit neuartiger Struktur und hervorragender Leistung ist. Dieses Ergebnis wird Forscher dazu inspirieren, weitere neue nichtlineare optische Infrarotmaterialien mit hervorragender Gesamtleistung zu erforschen.
Die Forschungsergebnisse wurden im Volltext in Advanced Functional Materials von Wiley veröffentlicht, mit dem Xinjiang Institute of Physics and Chemical Technology (XICT) als einziger Abschlusseinheit, Shiliu Pan und Junjie Li als korrespondierenden Autoren sowie dem Postdoktoranden Yu Chu und Doktoranden Hongshan Wang als Co-Erstautoren. Die Forschungsarbeit wurde vom Talentprogramm der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der National Natural Science Foundation of China und der Natural Science Foundation der Autonomen Region Xinjiang finanziert.
Abbildung 1 Struktur und optische Eigenschaften von HPSe-Kristallen. (a) XRD-Muster von HPSe-Einkristallen (die eingefügte Abbildung ist ein optisches Foto von HPSe); (b): IR-Transmissionsmuster von HPSe-, AGS- und ZGP-Einkristallen (die eingefügte Abbildung ist ein optisches Foto von HPSe, AGS und ZGP); (c) Pulververdopplungseffekt von HPSe-Proben; (d) UV-Transmissionsspektren von HPSe-Einkristallen; und (e) typische nichtlineare Selenid-IR-Statistikanalyse des optischen Transmissionsbereichs optischer Materialien. wobei die blaue Farbe den Bereich mit hoher Durchlässigkeit darstellt.
