同濟大學研製出含稀土的二階非線性光學晶體

近期，同濟大學張弛教授與中科院北京理化技術研究所和中科院福建物質結構研究所合作，以經典的無機π共軛硝酸鹽為合成範本，通過等價氧陰離子取代策略，構建了一類紫外吸收截止邊短、帶隙寬、雙折射率大、且同時具有強倍頻效應的複合型二元氧陰離子晶體材料Sc(IO3)2(NO3)。這在很大程度上彌補了傳統無機金屬氧化物雙折射晶體低紫外光透過率的不足。

複合型二元氧陰離子晶體材料屬於二階非線性光學晶體，在光學各向異性和倍頻效應中具有獨特的優勢。首先，在稀土硝酸鹽中引入含孤對電子氧陰離子[IO3]−基團，提高了材料整體的光學各向異性。其次，[IO3]−和[NO3]−兩種氧陰離子基團在二維層狀結構中採用對齊排列方式，增大了層內鍵合和層間相互作用的差異，進而賦予了材料極為優異的光學各向異性和倍頻效應。同時，密度泛函理論類比計算表明Sc(IO3)2(NO3)大的線性光學和非線性光學回應源自於二維層狀結構中[IO3]−和[NO3]−基團的協同效應。

另外，該研究團隊也在複合型含氧酸鹽二階非線性光學晶體的研製方面取得了很大的進展。他們先後報導了系列高效複合型含氧酸鹽二階非線性光學晶態材料的製備及其性能，包括：發現了六方氧化鎢構型亞硒酸鹽倍頻晶體實現相位匹配的機制，運用單齒陰離子部分取代策略製備寬頻隙，強倍頻稀土亞硒酸鹽晶體，採用水熱法製備出高鐳射損傷閾值中紅外碘酸鹽倍頻晶體，設計製備的系列新型二階非線性光學晶體性能均優於之前文獻報導的二階非線性光學晶體。

據悉，該研究成果以“Giant Optical Anisotropy in the UV-Transparent 2D Nonlinear Optical Material Sc(IO3)2(NO3)”為題發表在國際化學領域頂級學術期刊Angewandte Chemie International Edition（德國《應用化學》）（2020, doi/10.1002/anie.202012456）上。

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