短波紫外非線性光學(xué)晶體是重要的光電功能材料，在激光頻率變換、信息通訊、光信號處理、前言科學(xué)裝備等領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用。二階非線性光學(xué)效應(yīng)是非線性光學(xué)晶體材料的關(guān)鍵性能，決定了激光轉(zhuǎn)換效率和功率。因此，探索和制備具有較強二階非線性光學(xué)效應(yīng)的短波長非線性光學(xué)晶體材料是該領(lǐng)域的研究熱點和難點。 

　　　　對于短波紫外非線性光學(xué)晶體而言，實現(xiàn)二階非線性光學(xué)效應(yīng)增益的關(guān)鍵在于功能基元及其在晶格中的排列。研究表明引入具有二階Jahn-Teller效應(yīng)、孤對電子構(gòu)型或d¹⁰電子構(gòu)型的金屬陽離子，可以實現(xiàn)二階非線性光學(xué)效應(yīng)的顯著增益，但它們通常會造成帶隙減小。因此，在保證非線性光學(xué)晶體在使役波段具有高的透過率的前提下，設(shè)計具有較強二階非線性光學(xué)效應(yīng)的晶體是重要的研究課題，即實現(xiàn)寬帶隙和強二階非線性光學(xué)效應(yīng)的平衡。 

　　　　中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所特殊環(huán)境功能材料與器件重點實驗室潘世烈研究團(tuán)隊一直致力于硼酸鹽新型紫外、深紫外非線性光學(xué)晶體的研究。近日，該團(tuán)隊等研究人員成功獲得一例硼酸鹽新化合物CaZn(BO₃)₂（CZBO），該化合物具有類SBBO結(jié)構(gòu)，即[BO₃]基元在[ZnO₄]多面體的連接下形成[Zn₂(BO₃)₂]雙層結(jié)構(gòu)。該晶體結(jié)晶于非中心對稱的空間群（Aba2），紫外截止邊低于190 nm，倍頻效應(yīng)為KDP晶體的3.8倍，具有大的雙折射率，使其I類最短相位匹配波長短于266 nm，因此CZBO晶體是一種潛在的可用于266 nm激光輸出的非線性光學(xué)晶體。該團(tuán)隊基于陰離子基團(tuán)理論和第一性原理等計算，闡明CZBO晶體較強的二階非線性光學(xué)效應(yīng)主要來源于具有較大偶極矩的[Zn₂O₆]極性鏈和具有高活性密度的[BO₃]基元。CZBO晶體的發(fā)現(xiàn)不僅拓展了具有類SBBO構(gòu)型的硼酸鹽結(jié)構(gòu)化學(xué)，也為實現(xiàn)強的二階非線性光學(xué)效應(yīng)提供了新途徑，即引入極性鏈和增加非線性活性基元密度。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。相關(guān)研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委員會和中科院等項目的資助。 

　　論文鏈接 

CZBO與SBBO結(jié)構(gòu)對比圖