Infrardeči nelinearni optični kristali (NLOC) kot ključne naprave za lasersko pretvorbo frekvence imajo pomembne aplikacije v polprevodniških laserjih. Trenutni komercialni IR nelinearni optični kristali vključujejo predvsem spojine tipa halkopirit, sestavljene iz tetraedrskih skupin, kot so AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 in ZnGeP2 (ZGP). Vendar pa ti materiali zaradi svojih intrinzičnih napak v delovanju ne morejo več v celoti zadovoljiti zahtev trenutnega razvoja infrardeče laserske tehnologije. Zato obstaja nujna potreba po oblikovanju novih infrardečih nelinearnih optičnih materialov, ki temeljijo na novih motivih ali novih strategijah, da bi prebili omejitve obstoječih lastnosti materiala in pridobili nove visoko zmogljive infrardeče nelinearne optične materiale z novimi strukturami.
Raziskovalni center za kristalne materiale Inštituta za fizikalno in kemijsko tehnologijo Xinjiang Kitajske akademije znanosti je bil posvečen raziskavam novih optoelektronskih funkcionalnih kristalov. Prejšnje študije so pokazale, da ima živo srebro edinstveno elektronsko konfiguracijo, ki vodi do tvorbe visoko polariziranih ionov Hg2+, kar ima za posledico pomemben nelinearni optični odziv. Medtem ima Hg obilo koordinacijskih oblik in lahko tvori linearne [HgSe2], planarne [HgSe3] in trikotno-konične [HgQ4] (Q=S, Se) nelinearno aktivne radikale v procesu vezave z elementi žvepla. Zaradi omejitve Bowlingovega petega pravila (pravilo varčevanja) večina predhodno sintetiziranih žveplovih spojin na osnovi Hg vsebuje le en sam nelinearni reaktivni motiv, prevladujejo pa spojine, sestavljene iz [HgQ4] tetraedrov, kar omejuje kemijsko in strukturno raznolikost spojin na osnovi Hg. Na podlagi prejšnjih raziskav je raziskovalna skupina, ki sta jo vodila raziskovalec Pan Shilie in raziskovalec Li Junjie v raziskovalnem centru za kristalne materiale Inštituta za fiziko in kemijo Xinjiang Kitajske akademije znanosti, predlagala strategijo oblikovanja "tri v enem" v sistem žveplovih spojin na osnovi Hg, tj. treh vrst nelinearno aktivnih, vendar različnih anizotropij polarizabilnosti ［HgQn] (n=2, 3, 4) skupin v poskusu prekinitve omejitve "varčevanja pravilo" v eni spojini in sintetiziral prvi infrardeči nelinearni optični material na osnovi živega srebra Hg7P2Se12 (HPSe), ki hkrati vsebuje [HgSe2], [HgSe3] in [HgSe4]. Spojina kaže velik oktavni odziv drugega reda (~1 × AGS) pod dvomikrometrskim virom svetlobe, kristal pa ima široko infrardečo mejo (~22,8 μm) in visok prag laserske poškodbe (~2 × AGS), kažejo, da je kršitev "pravila ohranjanja" in povečanje raznolikosti skupin učinkovita strategija za oblikovanje. To nakazuje, da je kršitev "pravila varčevanja" in povečanje raznolikosti skupin učinkovita strategija za oblikovanje novih infrardečih nelinearnih optičnih materialov z novo strukturo in odlično zmogljivostjo. Ta rezultat bo navdihnil raziskovalce, da raziščejo nove infrardeče nelinearne optične materiale z odlično celovito zmogljivostjo.
Rezultate raziskave je v celoti objavil Wiley v Advanced Functional Materials, z Inštitutom za fiziko in kemijsko tehnologijo Xinjiang (XICT) kot edino zaključeno enoto, Shiliu Pan in Junjie Li kot ustreznima avtorjema ter podoktorskim sodelavcem Yu Chujem in doktorskim študentom Hongshan Wang kot soavtorji. Raziskovalno delo so financirali Program za talente Kitajske akademije znanosti, Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske in Naravoslovna fundacija avtonomne regije Xinjiang.
Slika 1 Struktura in optične lastnosti kristalov HPSe. (a) XRD vzorci monokristalov HPSe (vstavljena slika je optična fotografija HPSe); (b)?Vzorci prenosa IR monokristalov HPSe, AGS in ZGP (vstavljena slika je optična fotografija HPSe, AGS in ZGP); (c) učinek podvajanja prahu vzorcev HPSe; (d) UV transmisijski spektri monokristalov HPSe; in (e) tipična selenidna IR nelinearna statistična analiza obsega optičnega prenosa optičnih materialov. kjer modra barva predstavlja območje visoke prepustnosti.
