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Angew. Chem. :加合物中极性笼状分子诱导非线性光学效应增强

红外非线性光学晶体是固体激光器实现红外领域可调谐激光输出的核心器件。而目前商业化的ZnGeP2,AgGaS2和AgGaSe2分别存在1微米双光子吸收,非线性光学效应小和损伤阈值低等缺点。因此新型红外非线性光学晶体亟待探索。


近年来,混合阴离子化合物由于其可通过调节不同的阴离子种类与比例获得平衡性能而受到关注。加合物是其中特殊的一种,其特点在于其结构可以看成两种或多种不同分子在空间上直接组合而成。这就为结构设计提供了极大便利。但目前对无机加合物非线性光学晶体的研究极为有限,仅有一系列含S8功能分子的化合物被作为红外非线性光学化合物表征,且其非线性光学响应不足。中科院海西研究院罗敏团队探索出了一种通过柔度筛选功能分子,并通过超极化率计算进行验证得到潜在功能分子的方法。并将筛选出的功能分子与卤化物结合,合成了一系列高性能非线性光学加合物晶体。


柔度F是衡量晶体中特定键合对非线性光学响应贡献的指标。利用柔度可以对目前已知的分子进行筛选。最终,作者筛选出β-P4S3, β-P4S4, β-P4Se3和β-P4Se4四种具有更高柔度的分子。同时,对这四种分子进行了极化率和超级化率计算。(如图1)这四种极性硫化磷笼状分子的极化率小于S8分子,而超极化率远大与S8分子。



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图1. 功能分子的极化率与超极化率

在已知化合物的研究基础上,作者将四种极性分子与卤化亚铜结合合成了(CuI)3(P4S4), (CuI)3(P4Se4), (CuBr)7(P4S3)3 和 (CuBr)7(P4Se3)3四种非线性光学晶体。实验表征与理论计算结果表明这四种晶体都具有高损伤阈值,大非线性光学响应以及适中的双折射率。(如图2) 其中新的(CuBr)7(P4Se3)3晶体表现出了已知无机加合物中最大的非线性光学响应(3.5倍AgGaS2)。

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图2. 目标加合物的非线性光学相关性能

在该工作中,罗敏团队将具有高超极化率的四种功能分子引入无机加合物中,获得了四种性能优秀的非线性光学加合物。同时发展出了得到潜在功能分子的方法,即先通过柔度筛选再通过理论计算超极化率验证。这为之后探索更优秀的非线性光学加合物提供了基础。

文信息

Polar Phosphorus Chalcogenide Cage Molecules: Enhancement of Nonlinear Optical Properties in Adducts

Dr. Shunda Yang, Prof. Chensheng Lin, Dr. Huixin Fan, Dr. Kaichuang Chen, Prof. Ge Zhang, Prof. Ning Ye, Prof. Min Luo


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202218272




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