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硫?qū)倩衔锸且活愔匾姆蔷€性光學(xué)晶體材料，是紅外激光技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵核心材料之一，雖然化合物眾多，仍面臨高性能材料匱乏的瓶頸。綠色安全材料的需求更是對(duì)無(wú)鉛、無(wú)汞、無(wú)砷的無(wú)毒高性能紅外硫?qū)俜蔷€性材料的探索研究和開(kāi)發(fā)提出了迫切的要求。然而，單一晶體結(jié)構(gòu)的一些核心參數(shù)，例如能隙，二階倍頻系數(shù)，通常呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，如何克服這個(gè)挑戰(zhàn)，成為該領(lǐng)域的研究前沿和難點(diǎn)。

II-[I₂-IV-Q₄] (I, II, IV 分別表示+1, +2和 +4 陽(yáng)離子, Q = S, Se)家族是重要的硫?qū)倩衔矬w系，展現(xiàn)了豐富的光電、熱電、非線性光學(xué)等物理性能。更為有趣的是該家族目前已知的100多例化合物，99%屬于無(wú)心（NCS）空間群結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)分屬5種不同的空間群，結(jié)晶為金剛石型或缺陷金剛石型結(jié)構(gòu)；但是化學(xué)組成變化多端，結(jié)構(gòu)差異錯(cuò)綜復(fù)雜，構(gòu)效關(guān)系撲朔迷離。在本工作中，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院吳立明教授和陳玲教授發(fā)現(xiàn)當(dāng)二價(jià)金屬為8配位，四價(jià)和一價(jià)金屬均為4配位時(shí)，第二結(jié)構(gòu)單元，[I₂-IV₂-Q₁₂]四聚體，呈現(xiàn)一致或不一致取向的排布規(guī)則。并可通過(guò)結(jié)構(gòu)容忍因子（，），以 為分界線，給出56個(gè)該類化合物的結(jié)構(gòu)分布圖。

進(jìn)而，基于他們前期工作提出的“能帶工程木桶效應(yīng)”理論（Eg bucket effect theory，Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202205587.），利用組成成分的二元化合物能隙值的變化規(guī)律Ag₂S (1.06 eV) < Cu₂S (1.47 eV) < SnS₂ (2.2–2.4 eV) < Na₂S (2.5 eV) < BaS (3.81 eV) < SrS (4.76 eV)，指出所得8個(gè)新化合物Na₂Ba[(Ag_xNa_1-x)₂Sn₂S₇] (1, x = 0; 1 series, x = 0.1, 0.25, 0.4, 0.6; Na₂Ba[(Li_0.58Na_0.42)₂Sn₂S₇], 1-0.6Li); Na₂Sr[Cu₂Sn₂S₇] (2)以及Na₂Ba[Cu₂Sn₂S₇] (3)能隙值由其“能隙短板”所決定。在1中摻雜銀元素 （series 1）或2， 3 中引入銅元素均不可避免Eg的減少。上述預(yù)測(cè)得到實(shí)驗(yàn)值的證實(shí)：Na₂Ba[Na₂Sn₂S₇] 1 能隙 Eg (3.42 eV) 最大，比化合物2 and 3的能隙寬1.4 eV。因此化合物1的激光損傷閾值比商用材料銀鎵硫標(biāo)準(zhǔn)樣品（AGS）高12倍（70.3 vs. 5.7 MW/cm²）。同時(shí)，化合物1的SHG響應(yīng)在1.57微米處達(dá)到AGS的1.5倍，是目前不含汞和砷的硫化物中性能最為優(yōu)異的紅外NLO材料。 

利用密度泛函理論進(jìn)行了晶體結(jié)構(gòu)-電子結(jié)構(gòu)-光學(xué)性能研究，給出d_ij 隨減少而增大的關(guān)系式。根據(jù)能帶工程木桶效應(yīng)理論（Eg bucket effect theory），作者通過(guò)摻雜策略設(shè)計(jì)獲得了 Na₂Ba[(Li_0.58Na_0.42)₂Sn₂S₇] (1-0.6Li)。計(jì)算表明與 Na₂Ba[Na₂Sn₂S₇] 相比，1-0.6Li在帶隙實(shí)現(xiàn)增大1%的情況下，非線性光學(xué)系數(shù)仍可以得到20% 的巨大提升 (19.1 pm/V vs. 15.5 pm/V)，為紅外非線性材料研究提供了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。