非線(xiàn)性光學(xué)晶體是一類(lèi)重要的光電功能晶體。它通過(guò)倍頻、和頻、差頻、光參量放大和多光子吸收等非線(xiàn)性過(guò)程可以對激光進(jìn)行調制和操縱。這類(lèi)晶體被廣泛應用于激光頻率轉換、四波混頻、光束轉向、圖像放大、光信息處理、光存儲、光纖通訊、水下通訊等研究領(lǐng)域。
亞硒酸鹽化合物因含有活性孤對電子的Se4+，在外光電場(chǎng)作用下容易誘導出強的極化，從而產(chǎn)生大的非線(xiàn)性光學(xué)效應，因而在二階非線(xiàn)性光學(xué)材料探索中有著(zhù)重要的研究?jì)r(jià)值。長(cháng)期以來(lái)，增強亞硒酸鹽非線(xiàn)性光學(xué)材料的非線(xiàn)性光學(xué)效應主要是通過(guò)引入具有二階姜-泰勒效應的d0過(guò)渡金屬陽(yáng)離子（如Ti4+，Nb5+，V5+，Mo6+等）等手段來(lái)實(shí)現的。然而，缺憾是當引入d0過(guò)渡金屬陽(yáng)離子增強光學(xué)效應的同時(shí)，通常會(huì )顯著(zhù)地減小材料的帶隙值，并伴隨著(zhù)較差的抗激光損傷性能。
近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所晶體中心林哲帥研究組在亞硒酸鹽材料體系中，提出異價(jià)取代調控能帶結構的分子設計策略，發(fā)現并合成了一例在可相位匹配的亞硒酸鹽非線(xiàn)性光學(xué)材料中具有最寬帶隙的新型材料Pb2GaF2(SeO3)2Cl。通過(guò)移除過(guò)渡金屬、引入主族元素和高電負性的氟元素，Pb2GaF2(SeO3)2Cl的帶隙擴寬至4.32 eV，且抗激光損傷閾值是現有同構材料的三倍，提高至120 MW/cm2。此外，Pb2GaF2(SeO3)2Cl還表現出了較強的非線(xiàn)性光學(xué)響應，其倍頻信號強度是同等粒徑下KDP樣品的4.5倍，在未來(lái)的高功率激光倍頻領(lǐng)域有潛在的應用價(jià)值。此工作以Pb2GaF2(SeO3)2Cl: Band engineering strategy by aliovalent substitution for enlarging bandgap while keeping strong second harmonic generation response 為題發(fā)表在美國化學(xué)會(huì )期刊J. Am. Chem. Soc. (DOI：10.1021/jacs.8b11485)上，并被遴選為當期封面文章。
論文第一作者為理化所2014級直博生尤豐光和梁飛，通訊作者為林哲帥和胡章貴。
該研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、中科院福建創(chuàng )新研究群體以及中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )的大力支持。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b11485
