Pb2GaF2(SeO3)2CI: 利用异价取代能带工程策略增大带隙并保持强二阶非线性响应

Pb2GaF2(SeO3)2CI: Band Engineering Strategy by Aliovalent Substitution for Enlarging Bandgap while Keeping Strong Second Harmonic Generation Response



我们课题组长期从事非线性光学晶体的新材料设计和探索。亚硒酸盐化合物在二阶非线性光学材料探索中有着重要的研究价值,因其含有活性孤对电子的Se4+,在外光电场作用下容易诱导出强极化,从而产生大的非线性光学效应。长期以来,增强亚硒酸盐材料的非线性光学效应主要是通过引入具有二阶姜-泰勒效应的d0过渡金属阳离子等手段来实现的。然而,这种方法虽然能够增强光学效应,但通常会显著地减小带隙,并伴随着较差的抗激光损伤性能。我们通过第一性原理计算深入系统研究了影响此类材料带隙的关键因素,提出利用异价取代调控能带结构的分子设计策略,通过移除过渡金属、引入主族元素和高电负性的氟元素,合成了一例亚硒酸盐非线性光学材料中具有最宽带隙、可相位匹配的新型材料Pb2GaF2(SeO3)2Cl。其带隙扩宽至4.32 eV,且抗激光损伤阈值是现有同构材料的三倍,提高至120 MW/cm2。此外,Pb2GaF2(SeO3)2Cl还表现出了较强的非线性光学响应,其倍频信号强度是同等粒径下KDP样品的4.5倍,在未来的高功率激光倍频领域有潜在的应用价值。工作发表后,被美国休斯敦大学、韩国西江大学、福建物构所、四川大学、新疆理化所等重要科研团队引用和关注,他们在实验上相继取得了重要进展,发现了CsSbF2SO4Ag4Hg(SeO3)2(SeO4)LiMg(IO3)3等性能优良的非线性光学晶体。



Wide bandgaps and strong second order generation have traditionally been contradictory properties of nonlinear optical materials, but here the authors manage to combine both in a compound that opens up new opportunities for nonlinear optical material engineering.



头像

林哲帅Zheshuai Lin

中国科学院理化技术研究所

Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences

对创新的理解:
创新并不是简单的新与旧的问题,在传统研究方向中持之以恒、勤于思考、深耕细挖,也一定会有创新的成果。 Innovation is not a simple problem between the new and the old. If we persevere in the traditional research direction, think hard and dig deeply, we will certainly have innovative results.