Инфрачервените нелинейни оптични кристали (NLOCs), като ключови устройства за лазерно преобразуване на честотата, имат важни приложения в изцяло твърдотелни лазери. Настоящите комерсиални IR нелинейни оптични кристали включват главно съединения от халкопиритен тип, съставени от тетраедрични групи, като AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 и ZnGeP2 (ZGP). Въпреки това, поради съответните им присъщи дефекти в производителността, тези материали вече не могат напълно да задоволят изискванията на настоящото развитие на инфрачервената лазерна технология. Следователно има спешна необходимост от проектиране на нови инфрачервени нелинейни оптични материали, базирани на нови мотиви или нови стратегии за преодоляване на ограниченията на съществуващите свойства на материала и получаване на нови високоефективни инфрачервени нелинейни оптични материали с нови структури.
Центърът за изследване на кристални материали на Института по физико-химични технологии в Синдзян, Китайската академия на науките е посветен на изследването на нови оптоелектронни функционални кристали. Предишни проучвания показват, че живакът има уникална електронна конфигурация, която е благоприятна за образуването на силно поляризирани Hg2+ йони, което води до значителна нелинейна оптична реакция. Междувременно Hg има изобилие от координационни форми и може да образува линейни [HgSe2], равнинни [HgSe3] и триъгълно-конични [HgQ4] (Q=S, Se) нелинейно активни радикали в процеса на свързване със серни елементи. Поради ограничението на петото правило на Боулинг (правило за спестяване), повечето от предварително синтезираните серни съединения на основата на Hg съдържат само един нелинеен реактивен мотив, а съединенията, съставени от [HgQ4] тетраедри, са преобладаващи, което ограничава химическите и структурните разнообразие от съединения на основата на Hg. Въз основа на предишни изследвания, изследователският екип, ръководен от изследователя Пан Шили и изследователя Ли Джунджие в Изследователския център за кристални материали на Института по физика и химия в Синдзян, Китайската академия на науките, предложи стратегия за проектиране "три в едно" в системата от серни съединения на базата на Hg, т.е. три вида нелинейно активни, но различни анизотропии на поляризуемост на ［HgQn] (n=2, 3, 4) групи в опит да се прекъсне ограничението на „спестяването правило" в едно съединение и синтезира първия базиран на живак инфрачервен нелинеен оптичен материал Hg7P2Se12 (HPSe), който съдържа [HgSe2], [HgSe3] и [HgSe4] едновременно. Съединението проявява голям октавен отговор от втори ред (~1 × AGS) под източник на светлина от два микрометра, а кристалът има широко инфрачервено прекъсване (~22,8 μm) и висок праг на лазерно увреждане (~2 × AGS), което предполага, че нарушаването на "правилото за опазване" и увеличаването на разнообразието от групи е ефективна стратегия за дизайн. Това предполага, че нарушаването на "правилото за спестяване" и увеличаването на разнообразието от групи е ефективна стратегия за проектиране на нови инфрачервени нелинейни оптични материали с нова структура и отлична производителност. Този резултат ще вдъхнови изследователите да изследват повече нови инфрачервени нелинейни оптични материали с отлична цялостна производителност.
Резултатите от изследването бяха публикувани в пълен текст в Advanced Functional Materials от Wiley, с Института по физика и химични технологии в Синцзян (XICT) като единствена единица за завършване, Shiliu Pan и Junjie Li като съответни автори и постдокторант Yu Chu и докторант Hongshan Wang като съавтори. Изследователската работа е финансирана от Програмата за таланти на Китайската академия на науките, Националната природонаучна фондация на Китай и Природонаучната фондация на автономния регион Синдзян.
Фигура 1 Структура и оптични свойства на HPSe кристали. (a) XRD модели на монокристали HPSe (вмъкнатата фигура е оптична снимка на HPSe); (b)? Модели на инфрачервено предаване на монокристали HPSe, AGS и ZGP (вмъкнатата фигура е оптична снимка на HPSe, AGS и ZGP); в) ефект на удвояване на праха на HPSe проби; (d) спектри на UV предаване на HPSe монокристали; и (e) типичен селенид IR нелинеен статистически анализ на диапазона на оптично предаване на оптични материали. където синият цвят представлява областта с висока пропускливост.
