Infračervené nelineární optické krystaly (NLOC), jako klíčová zařízení pro převod laserové frekvence, mají důležité aplikace v celopevnolátkových laserech. Současné komerční IR nelineární optické krystaly zahrnují hlavně sloučeniny chalkopyritového typu složené z tetraedrických skupin, jako je AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 a ZnGeP2 (ZGP). Vzhledem k jejich příslušným vnitřním výkonnostním poruchám však tyto materiály již nemohou plně uspokojit požadavky současného vývoje infračervené laserové technologie. Proto existuje naléhavá potřeba navrhnout nové infračervené nelineární optické materiály založené na nových motivech nebo nových strategiích, které by prolomily omezení stávajících materiálových vlastností a získaly nové vysoce výkonné infračervené nelineární optické materiály s novými strukturami.
Výzkumné centrum krystalických materiálů Institutu fyzikální a chemické technologie Xinjiang, Čínská akademie věd, se věnuje výzkumu nových optoelektronických funkčních krystalů. Předchozí studie ukázaly, že rtuť má jedinečnou elektronovou konfiguraci, která přispívá k tvorbě vysoce polarizovaných Hg2+ iontů, což má za následek významnou nelineární optickou odezvu. Mezitím má Hg bohaté koordinační formy a může tvořit lineární [HgSe2], planární [HgSe3] a trojúhelníkově-kónické [HgQ4] (Q=S, Se) nelineárně aktivní radikály v procesu vazby se sirnými prvky. Kvůli omezení Bowlingova pátého pravidla (úsporného pravidla) obsahuje většina předem syntetizovaných sirných sloučenin na bázi Hg pouze jeden nelineární reaktivní motiv a převládají sloučeniny složené z [HgQ4] tetraedrů, což omezuje chemické a strukturní rozmanitost sloučenin na bázi Hg. Na základě předchozího výzkumu výzkumný tým vedený výzkumníkem Pan Shilie a výzkumníkem Li Junjie z Centra pro výzkum krystalických materiálů Ústavu fyziky a chemie Xinjiang, Čínská akademie věd, navrhl strategii designu „tři v jednom“ v roce systém sloučenin síry na bázi Hg, tj. tři druhy nelineárně aktivních, ale s různou polarizací anizotropií skupin ［HgQn] (n=2, 3, 4) ve snaze prolomit omezení „úspor pravidlo“ v jediné sloučenině a syntetizoval první infračervený nelineární optický materiál na bázi rtuti Hg7P2Se12 (HPSe), který současně obsahuje [HgSe2], [HgSe3] a [HgSe4]. Sloučenina vykazuje velkou oktávovou odezvu druhého řádu (~ 1 × AGS) pod dvoumikrometrovým světelným zdrojem a krystal má široký infračervený limit (~ 22,8 μm) a vysoký práh poškození laserem (~ 2 × AGS), naznačující, že porušení „pravidla ochrany“ a zvýšení diverzity skupin je účinnou strategií designu. To naznačuje, že porušení „pravidla úspor“ a zvýšení diverzity skupin je efektivní strategií pro navrhování nových infračervených nelineárních optických materiálů s novou strukturou a vynikajícím výkonem. Tento výsledek bude inspirovat výzkumníky k prozkoumání dalších nových infračervených nelineárních optických materiálů s vynikajícím komplexním výkonem.
Výsledky výzkumu byly publikovány v plném znění v Advanced Functional Materials od Wiley, s Xinjiang Institute of Physics and Chemical Technology (XICT) jako jedinou dokončovací jednotkou, Shiliu Pan a Junjie Li jako odpovídající autoři a postdoktorand Yu Chu a doktorand Hongshan Wang jako spoluprvní autoři. Výzkumná práce byla financována z Talent programu Čínské akademie věd, Národní nadace přírodních věd Číny a Nadace přírodních věd autonomní oblasti Sin-ťiang.
Obrázek 1 Struktura a optické vlastnosti krystalů HPSe. (a) XRD obrazce monokrystalů HPSe (vložený obrázek je optická fotografie HPSe); (b) IR přenosové vzory HPSe, AGS a ZGP monokrystalů (vložený obrázek je optická fotografie HPSe, AGS a ZGP); c) účinek zdvojení prášku u vzorků HPSe; (d) UV transmisní spektra HPSe monokrystalů; a (e) typický selenidový IR nelineární Statistická analýza rozsahu optického přenosu optických materiálů. kde modrá barva představuje oblast s vysokou propustností.
