在非線(xiàn)性光學(xué)(NLO)領(lǐng)域，深紫外(DUV)波段的NLO晶體因其在全固態(tài)激光器中的核心作用而備受關(guān)注。隨著研究的深入，對(duì)這些DUV NLO晶體的需求持續(xù)增長(zhǎng)。目前，能夠兼具大光學(xué)帶隙(Eg)與強(qiáng)倍頻(SHG)響應(yīng)的DUV NLO晶體主要集中在含有π共軛基元的碳酸鹽、硼酸鹽和硝酸鹽中。相比之下，含非π共軛基元的硫酸鹽和磷酸鹽由于其微觀二階極化率較小，通常難以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的性能。其中，大多數(shù)DUV NLO磷酸鹽的SHG響應(yīng)難以超越3 × KDP的性能限制。 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的朱起龍和林華團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一挑戰(zhàn)提出了一種“極軸篩選”策略。他們從超過(guò)10,000種磷酸鹽中發(fā)現(xiàn)了一種鎂基磷酸鹽化合物——Mg2PO4Cl。該化合物在含非π共軛基元的DUV NLO晶體中表現(xiàn)出最高的SHG響應(yīng)(5.2 × KDP)，并且通過(guò)雜化泛函計(jì)算估計(jì)其截止邊為179 nm，雙折射率為0.046@1064 nm。第一性原理計(jì)算表明，Mg2PO4Cl的優(yōu)異NLO性能主要源于[PO4]、[MgO5Cl]和[MgO4Cl2]三種功能基元沿極軸[001]方向的有效堆疊，即O-2p與Cl-3p的非鍵電子在同一方向上的優(yōu)勢(shì)排列。結(jié)合Berry phase分析進(jìn)一步揭示了P–O鍵的雜化程度對(duì)SHG響應(yīng)增強(qiáng)的作用。此外，通過(guò)詳細(xì)分析與對(duì)比其它含非π共軛基元的優(yōu)質(zhì)DUV NLO化合物的構(gòu)效關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證了該極軸篩選策略的有效性。 這些研究結(jié)果不僅展示了磷酸鹽化合物在DUV NLO晶體領(lǐng)域的巨大潛力，還為未來(lái)的晶體設(shè)計(jì)提供了新的思路。極軸篩選策略的提出，將有助于深入理解構(gòu)效關(guān)系，并推動(dòng)NLO晶體材料的發(fā)展。
論文信息 Screening Strategy Identifies an Overlooked Deep-Ultraviolet Transparent Nonlinear Optical Crystal. Jia-Xiang Zhang, Qing-Gang Yue, Sheng-Hua Zhou, Prof. Xin-Tao Wu, Prof. Hua Lin, and Prof. Qi-Long Zhu 朱起龍研究員和林華研究員為該論文的共同通訊作者，碩士研究生張嘉祥為第一作者，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所為論文第一單位。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202413276
