近日，福建物構(gòu)所青促會(huì)會(huì)員羅敏(第九批會(huì)員)副研究員團(tuán)隊(duì)，首先發(fā)現(xiàn)了一種由極性共價(jià)[SO2(NH2)2]四面體組裝而成的深紫外非線性光學(xué)晶體。 
深紫外非線性光學(xué)晶體在固態(tài)深紫外激光器中扮演著非常重要的角色。在深紫外光刻、芯片制造、激光微加工等諸多前沿領(lǐng)域都有著較為深遠(yuǎn)的意義。然而，受制于許多非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，深紫外非線性晶體的數(shù)量及種類非常匱乏。一種理想的深紫外非線性光學(xué)晶體不僅要有 短于200nm的截止波長(zhǎng)，還要同時(shí)具有較大的倍頻(SHG)效率（＞1倍KH2PO4(KDP)），足夠大的雙折射（＞0.06@1064nm）和易于生長(zhǎng)。目前為止，僅有KBe2BO3F2 (KBBF)是唯一實(shí)用的深紫外非線性光學(xué)晶體，但其嚴(yán)重的分層習(xí)性成為其商業(yè)應(yīng)用的瓶頸。因此，迫切需要開發(fā)新型深紫外非線性光學(xué)晶體材料。 近年來(lái)，因?yàn)楣矁r(jià)四面體基團(tuán)MO4(M=P，S，Si)具有較寬的帶隙，有利于深紫外光的透過(guò)，以磷酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽為代表的非π共軛體系已經(jīng)成為深紫外非線性光學(xué)材料的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但受制于非極性MO4(M=P，S，Si)四面體基團(tuán)高的對(duì)稱性，傳統(tǒng)的非π共軛體系材料往往存在倍頻效率弱、雙折射較小等問(wèn)題。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)高度不對(duì)稱的極性四面體單元相比于傳統(tǒng)非極性四面體來(lái)說(shuō)，通常具有更大的帶隙、超極化率以及極化各向異性，被認(rèn)為是一種提高非π共軛非線性光學(xué)晶體倍頻效應(yīng)以及雙折射率的有效方法，為新型深紫外非線性光學(xué)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和探索提供了一條新的思路。 本工作中，科研人員首先通過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)了一種優(yōu)越的深紫外非線性光學(xué)基團(tuán)，即極性[SO2(NH2)2]四面體，其擁有優(yōu)異的極化率各向異性，大的超極化率和大的光學(xué)帶隙。并進(jìn)一步通過(guò)簡(jiǎn)單水溶液蒸發(fā)法生長(zhǎng)了由該四面體組成的磺酰胺晶體，其深紫外截止波長(zhǎng)為160nm。此外，受益于[SO2(NH2)2]四面體的優(yōu)異性能及其有序排列，磺酰胺晶體展現(xiàn)了目前為止深紫外非π共軛體系中最強(qiáng)的倍頻效應(yīng) (約4倍KDP)，最大的雙折射(0.07@589.3nm)，以及最短的相位匹配波長(zhǎng)（188nm）。因此，對(duì)于非π共軛的深紫外非線性光學(xué)材料來(lái)說(shuō)，磺酰胺實(shí)現(xiàn)了組成、結(jié)構(gòu)和性能之間關(guān)系的最佳平衡。這項(xiàng)工作不僅為深紫外非線性光學(xué)晶體提供了一種優(yōu)異的候選材料，同時(shí)也成為了非π共軛非線性光學(xué)晶體發(fā)展中的一個(gè)里程碑。 相關(guān)研究結(jié)果以“Sulfamide: a Promising Deep-ultraviolet Nonlinear Optical Crystal Assembled from Polar Covalent [SO2(NH2)2] Tetrahedra”為題發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202200395）上。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、福建省國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。
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