Angew. Chem. ：一种含有扩展π共轭离域基元的高性能非线性光学晶体

非线性光学晶体材料，能够通过直接的倍频过程，将固定激光器的波长扩展到新的光谱区域，从而在光刻、可控核聚变、量子通信等一系列前沿领域具有重要的应用。一种优秀的非线性光学晶体材料，必须同时满足以下严苛的条件：宽带隙，强倍频响应和大双折率。然而，以上这些要求相互排斥，传统的非线性光学晶体材料很难同时满足上述条件。由于非线性光学晶体材料的光学性能主要取决于功能基元，因此，依靠传统的功能基元很难突破现有晶体的性能瓶颈获得高性能的非线性光学晶体。

近日，中国科学院福建物质结构研究所的赵三根研究员等，通过理论计算挖掘了一种全新的含有扩展共轭离域的功能基元，并设计合成了一例高性能的非线性光学晶体材料Ba(H₂C₆N₇O₃)₂·8H₂O，其由π共轭的(H₂C₆N₇O₃)^–阴离子功能基元，Ba²⁺阳离子和水分子相互连接构成三维框架结构。

有意思的是，在Ba(H₂C₆N₇O₃)₂·8H₂O的晶体结构中，(H₂C₆N₇O₃)^–功能基元未实现最优排布，但Ba(H₂C₆N₇O₃)₂·8H₂O表现出优异的光学性能，包括宽的带隙（4.10 eV），大的双折射率（0.24@550 nm），以及强的倍频响应（约12倍KDP）。其倍频效应和双折射率均大大超过了由传统功能基元(B₃O₆)^3-所组成的商用BBO晶体。根据第一性原理计算理论分析，Ba(H₂C₆N₇O₃)₂·8H₂O增强的性能主要源于(H₂C₆N₇O₃)^–基元相对(B₃O₆)^3-基元扩展的离域π共轭作用。该工作为设计全新的功能基元和高性能的非线性光学晶体开辟了新途径。

论文信息

A High-Performance Nonlinear Optical Crystal with a Building Block Containing Expanded π-Delocalization

Yanqiang Li, Weiqi Huang, Yang Zhou, Xianyu Song, Jieyu Zheng, Han Wang, Yipeng Song, Minjuan Li, Prof. Junhua Luo, Prof. Sangen Zhao

文章的第一作者是中国科学院大学的博士研究生李雁强。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202215145