新疆理化所發現新綜合性能優異紅外非線性光學晶體材料

　　6月15日，國際綜合期刊JACS 發表了由中國科學院新疆理化技術研究所新型光電功能材料實驗室研究員潘世烈團隊撰寫的標題為Na2ZnGe2S6: a new infrared nonlinear optical material with good balance between large second-harmonic generation response and high laser damage threshold 的學術論文。潘世烈課題組碩士研究生李廣卯為論文第一作者。

　　紅外固體激光器的發展在軍事和民用領域都起著重要的作用。作為紅外固體激光器的核心器件，紅外非線性光學晶體起著關鍵的作用，雖然已有AgGaQ2（Q=S，Se）和ZnGeP2商業化晶體，但由于非線性系數和激光損傷閾值兩者不能很好地平衡，因此仍缺乏性能優良的紅外非線性光學晶體，繼續探索具有大倍頻、高損傷閾值、寬透過范圍、易生長的紅外非線性光學晶體仍是該領域的研究熱點。

　　新疆理化所光電功能晶體材料團隊近年來致力于非線性光學晶體的研究，前期調研發現硫屬化合物具有較寬的紅外截止邊，成為紅外材料探索的重要選擇之一；體系中引入堿金屬，有利于提高材料帶隙，并進一步增大激光損傷閾值；此外，引入具有d10電子結構的鋅和易形成畸變四面體基元的鍺元素能夠增大形成非中心對稱結構的幾率。基于以上策略，科研人員采用真空封管進行高溫固相反應，成功制備了一種性能優良的新型紅外非線性光學晶體Na2ZnGe2S6。該晶體結晶于單斜非心Cc空間群，而且可以在空氣中長時間穩定存在。

　　科研人員還發現該材料具有優異的性能，其波段透過范圍為0.38?22 μm，覆蓋兩個重要的大氣窗口（3?5 μm和8?12 μm）；在2.09 μm激光下的倍頻能力可以媲美商業化晶體AgGaS2，但其激光損傷閾值是AgGaS2晶體的6倍。因此，該化合物很好地實現了大倍頻和高激光損傷閾值的平衡，同時為未來探索優異的紅外非線性光學晶體提供了很好的研究思路。

　　此外，潘世烈課題組依托于“中國科學院特殊環境功能材料與器件重點實驗室和新疆電子信息材料與器件重點實驗室”長期從事紅外/遠紅外非線性光學晶體的研究并取得了一系列成果。此次發表的文章中報道的Na2ZnGe2S6（J. Am. Chem. Soc.2016, 138,7422），是繼Na2Hg3M2S8(M = Si, Ge, Sn)(Chem. Mater, 2016, 28, 2795)和Na2BaMQ4(M=Ge, Sn； Q=S, Se)（Angew. Chem. Int. Ed. 2016，55，6713）之后，得到的又一個能夠實現大倍頻效應和高激光損傷閾值平衡的新型紅外非線性光學晶體。該團隊下一步將對所報道材料的大尺寸單晶生長開展研究，制備可供單晶器件測試的高質量單晶。

　　相關研究工作得到國家自然科學基金和中科院“西部之光”等項目資助。

　　Na2ZnGe2S6的結構及性能表征