非線性光學晶體材料，能夠通過直接的倍頻過程，將固定激光器的波長擴展到新的光譜區(qū)域，從而在光刻、可控核聚變、量子通信等一系列前沿領域具有重要的應用。一種優(yōu)秀的非線性光學晶體材料，必須同時滿足以下嚴苛的條件：寬帶隙，強倍頻響應和大雙折率。然而，以上這些要求相互排斥，傳統(tǒng)的非線性光學晶體材料很難同時滿足上述條件。由于非線性光學晶體材料的光學性能主要取決于功能基元，因此，依靠傳統(tǒng)的功能基元很難突破現(xiàn)有晶體的性能瓶頸獲得高性能的非線性光學晶體。
近日，中國科學院福建物質(zhì)結構研究所的趙三根研究員等，通過理論計算挖掘了一種全新的含有擴展共軛離域的功能基元，并設計合成了一例高性能的非線性光學晶體材料Ba(H2C6N7O3)2·8H2O，其由π共軛的(H2C6N7O3)-陰離子功能基元，Ba2+陽離子和水分子相互連接構成三維框架結構。
有意思的是，在Ba(H2C6N7O3)2·8H2O的晶體結構中，(H2C6N7O3)-功能基元未實現(xiàn)最優(yōu)排布，但Ba(H2C6N7O3)2·8H2O表現(xiàn)出優(yōu)異的光學性能，包括寬的帶隙（4.10 eV），大的雙折射率（0.24@550 nm），以及強的倍頻響應（約12倍KDP）。其倍頻效應和雙折射率均大大超過了由傳統(tǒng)功能基元(B3O6)3-所組成的商用BBO晶體。根據(jù)第一性原理計算理論分析，Ba(H2C6N7O3)2·8H2O增強的性能主要源于(H2C6N7O3)-基元相對(B3O6)3-基元擴展的離域π共軛作用。該工作為設計全新的功能基元和高性能的非線性光學晶體開辟了新途徑。 論文信息 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國科學院大學的博士研究生李雁強。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215145
