中科院科學家在深紫外非線性光學晶體材料研究方面獲進展

非線性光學晶體材料是重要的光電信息功能材料，在激光醫學、激光頻率變換、信息通訊、精密儀器加工等眾多領域都具有重要應用。隨著科技的發展，現階段對非線性光學晶體材料提出了更高的要求。作為全固態激光器輸出深紫外激光的關鍵元件，深紫外非線性光學晶體的研製和應用亟待發展突破。

中國科學院科學家團隊——新疆理化技術研究所特殊環境功能材料與器件重點實驗室潘世烈團隊通過結構調控和組裝設計思路，將BO4-xFx（x=1,2,3）基本構築基團引入鹼金屬、鹼土金屬硼酸鹽框架，成功設計併合成出了系列新型氟化硼酸鹽深紫外非線性光學晶體，如Li2B6O9F2(Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 3916)、NH4B4O6F (J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 10645)、CsB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed.2017, 56, 14119)、RbB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 2150)、SrB5O7F3(Angew. Chem. Int. Ed.2018, DOI: 10.1002/anie.201802058)和CaB5O7F3（Inorg. Chem.2018, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00531）。

近日，基於陽離子結構調控策略，潘世烈團隊又合成了一例新型鹼金屬氟化硼酸鹽非線性光學晶體材料——NaB4O6F（NBF），它是新的AB4O6F族氟硼酸鹽。由於Na離子的尺寸適中和特殊的位置，使NBF的晶體結構與AB4O6F族中的其他化合物相比具有獨特的性能。NBF結晶於非中心對稱的空間群（C2），紫外截止邊低於180nm，倍頻效應為0.9倍的KH2PO4，具有大的雙折射率，最短相位匹配波長可達到166nm，是非常有前景的深紫外非線性光學晶體。此外NBF還具有較低的離子遷移活化能32.5 kJ·mol-1，是潛在的固體離子導體材料。基於鍵價理論、對稱性分析和第一性原理計算，揭示了NBF獨特的性能來源於「多功能基元」[B4O6F]∞層，此研究為設計優異的多功能氟硼酸鹽光學晶體提供了可行策略。

相關研究成果以Very Important Paper (VIP)文章的形式發表在《德國應用化學》上。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院等的支持。

NaB4O6F晶體結構（a），離子遷移活化能（b），倍頻效應（c）和相位匹配性能（d）

（來源：中國科學院）

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