Los cristales ópticos infrarrojos no lineales (NLOC), como dispositivos clave para la conversión de frecuencia del láser, tienen aplicaciones importantes en láseres totalmente de estado sólido. Los cristales ópticos no lineales IR comerciales actuales incluyen principalmente compuestos de tipo calcopirita compuestos de grupos tetraédricos, como AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 y ZnGeP2 (ZGP). Sin embargo, debido a sus respectivos defectos de rendimiento intrínsecos, estos materiales ya no pueden satisfacer plenamente las demandas del actual desarrollo de la tecnología láser infrarroja. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de diseñar nuevos materiales ópticos infrarrojos no lineales basados en nuevos motivos o nuevas estrategias para superar las limitaciones de las propiedades de los materiales existentes y obtener nuevos materiales ópticos infrarrojos no lineales de alto rendimiento con estructuras novedosas.
El Centro de Investigación de Materiales Cristalinos del Instituto de Tecnología Física y Química de Xinjiang de la Academia de Ciencias de China se ha dedicado a la investigación de nuevos cristales funcionales optoelectrónicos. Estudios anteriores han demostrado que el mercurio tiene una configuración electrónica única, que favorece la formación de iones Hg2+ altamente polarizados, lo que da como resultado una respuesta óptica no lineal significativa. Mientras tanto, el Hg tiene abundantes formas de coordinación y puede formar radicales no linealmente activos lineales [HgSe2], planos [HgSe3] y triangular-cónicos [HgQ4] (Q=S, Se) en el proceso de enlace con elementos de azufre. Debido a la limitación de la quinta regla de Bowling (regla de ahorro), la mayoría de los compuestos de azufre presintetizados a base de Hg contienen solo un único motivo reactivo no lineal, y los compuestos compuestos por tetraedros [HgQ4] son predominantes, lo que limita las propiedades químicas y estructurales. diversidad de compuestos a base de Hg. Sobre la base de investigaciones anteriores, el equipo de investigación dirigido por el investigador Pan Shilie y el investigador Li Junjie en el Centro de Investigación de Materiales Cristalinos del Instituto de Física y Química de Xinjiang de la Academia de Ciencias de China, propuso una estrategia de diseño "tres en uno" en el sistema de compuestos de azufre a base de Hg, es decir, tres tipos de anisotropías de polarización no linealmente activas pero diferentes de los grupos ［HgQn] (n=2, 3, 4) en un intento de romper la limitación del "ahorro" rule" en un solo compuesto, y sintetizó el primer material óptico infrarrojo no lineal a base de mercurio, Hg7P2Se12 (HPSe), que contiene [HgSe2], [HgSe3] y [HgSe4] al mismo tiempo. El compuesto exhibe una gran respuesta de octava de segundo orden (∼1 × AGS) bajo una fuente de luz de dos micrómetros, y el cristal tiene un corte infrarrojo amplio (∼22,8 μm) y un alto umbral de daño por láser (∼2 × AGS). sugiriendo que romper la "regla de conservación" y aumentar la diversidad de grupos es una estrategia eficaz para el diseño. Esto sugiere que romper la "regla del ahorro" y aumentar la diversidad de grupos es una estrategia eficaz para diseñar nuevos materiales ópticos infrarrojos no lineales con una estructura novedosa y un rendimiento excelente. Este resultado inspirará a los investigadores a explorar más materiales ópticos infrarrojos no lineales nuevos con un rendimiento integral excelente.
Los resultados de la investigación fueron publicados en texto completo en Advanced Functional Materials por Wiley, con el Instituto de Física y Tecnología Química de Xinjiang (XICT) como única unidad de finalización, Shiliu Pan y Junjie Li como autores correspondientes, y el becario postdoctoral Yu Chu y el estudiante de doctorado. Hongshan Wang como coautores. El trabajo de investigación fue financiado por el Programa de Talento de la Academia de Ciencias de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Fundación de Ciencias Naturales de la Región Autónoma de Xinjiang.
Figura 1 Estructura y propiedades ópticas de los cristales de HPSe. (a) patrones XRD de monocristales de HPSe (la figura insertada es una fotografía óptica de HPSe); (b)?Patrones de transmisión IR de monocristales de HPSe, AGS y ZGP (la figura insertada es una fotografía óptica de HPSe, AGS y ZGP); (c) efecto de duplicación del polvo de las muestras de HPSe; (d) espectros de transmisión UV de monocristales de HPSe; y (e) análisis estadístico no lineal IR de seleniuro típico del rango de transmisión óptica de materiales ópticos. donde el color azul representa la región de alta transmitancia.
