中科院新疆理化所发现新型红外非线性光学晶体材料

6月15日，国际综合期刊JACS 发表了由中国科学院新疆理化技术研究所新型光电功能材料实验室研究员潘世烈团队撰写的标题为Na2ZnGe2S6: a new infrared nonlinear optical material with good balance between large second-harmonic generation response and high laser damage threshold 的学术论文。潘世烈课题组硕士研究生李广卯为论文第一作者。

红外固体激光器的发展在军事和民用领域都起着重要的作用。作为红外固体激光器的核心器件，红外非线性光学晶体起着关键的作用，虽然已有AgGaQ2（Q=S，Se）和ZnGeP2商业化晶体，但由于非线性系数和激光损伤阈值两者不能很好地平衡，因此仍缺乏性能优良的红外非线性光学晶体，继续探索具有大倍频、高损伤阈值、宽透过范围、易生长的红外非线性光学晶体仍是该领域的研究热点。

新疆理化所光电功能晶体材料团队近年来致力于非线性光学晶体的研究，前期调研发现硫属化合物具有较宽的红外截止边，成为红外材料探索的重要选择之一；体系中引入碱金属，有利于提高材料带隙，并进一步增大激光损伤阈值；此外，引入具有d10电子结构的锌和易形成畸变四面体基元的锗元素能够增大形成非中心对称结构的几率。基于以上策略，科研人员采用真空封管进行高温固相反应，成功制备了一种性能优良的新型红外非线性光学晶体Na2ZnGe2S6。该晶体结晶于单斜非心Cc空间群，而且可以在空气中长时间稳定存在。

科研人员还发现该材料具有优异的性能，其波段透过范围为0.38~22 μm，覆盖两个重要的大气窗口（3~5 μm和8~12 μm）；在2.09 μm激光下的倍频能力可以媲美商业化晶体AgGaS2，但其激光损伤阈值是AgGaS2晶体的6倍。因此，该化合物很好地实现了大倍频和高激光损伤阈值的平衡，同时为未来探索优异的红外非线性光学晶体提供了很好的研究思路。

此外，潘世烈课题组依托于“中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室和新疆电子信息材料与器件重点实验室”长期从事红外/远红外非线性光学晶体的研究并取得了一系列成果。此次发表的文章中报道的Na2ZnGe2S6（J. Am. Chem. Soc.2016, 138,7422），是继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，得到的又一个能够实现大倍频效应和高激光损伤阈值平衡的新型红外非线性光学晶体。该团队下一步将对所报道材料的大尺寸单晶生长开展研究，制备可供单晶器件测试的高质量单晶。

相关研究工作得到国家自然科学基金和中科院“西部之光”等项目资助。

Na2ZnGe2S6的结构及性能表征

文章链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b03734