非線性光學(xué)材料在推動(dòng)光子技術(shù)方面扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在通過諧波產(chǎn)生相干紫外光的應(yīng)用中。這些材料可廣泛應(yīng)用于高精度光刻、日盲區(qū)紫外探測(cè)和固態(tài)激光器的超快脈沖生成等先進(jìn)技術(shù)。尤其是在深紫外和日盲區(qū)紫外光學(xué)晶體領(lǐng)域，它們能夠支持更短波長和更高光子能量的實(shí)現(xiàn)，這對(duì)下一代光子技術(shù)（包括高效激光系統(tǒng)、量子光學(xué)和紫外通信網(wǎng)絡(luò)）至關(guān)重要。然而，在保持寬帶隙的同時(shí)，顯著增強(qiáng)線性與非線性光學(xué)性能（特別是雙折射率和二次諧波系數(shù)）仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。 近期，四川大學(xué)鄒國紅教授團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的功能基元自聚合策略。通過該策略，研究人員成功設(shè)計(jì)并合成了兩種優(yōu)異的日盲區(qū)類KBe2BO3F2 (KBBF)光學(xué)晶體：非線性光學(xué)晶體CsAs2O3Br和線性光學(xué)晶體CsAs4O6Br。
大量研究表明，二維層狀結(jié)構(gòu)有助于促進(jìn)非線性光學(xué)活性基團(tuán)的有序排列。作為非線性光學(xué)材料中的代表性晶體，KBBF憑借其在200 nm以下深紫外區(qū)域直接產(chǎn)生二次諧波的獨(dú)特能力，已成為領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要突破。這一卓越性能歸因于由三連接基團(tuán)組成的蜂窩狀六邊形層狀結(jié)構(gòu)?；谶@一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)將富含立體活性孤對(duì)電子且易于自聚合的AsO3三連接功能基團(tuán)引入KBBF框架，從而設(shè)計(jì)并合成了兩種具有二維層狀結(jié)構(gòu)的亞砷酸鹽。 這兩種KBBF類似物展現(xiàn)了優(yōu)異的光學(xué)性能，特別是在超寬光學(xué)透過窗口方面，從日盲區(qū)紫外到中紅外波段的透過性均表現(xiàn)突出。它們分別在所有已知的深紫外和日盲區(qū)紫外無機(jī)單軸晶體中，位居第二和第一的雙折射率（CsAs2O3Br：0.24@546 nm，CsAs4O6Br：0.26@546 nm）。尤其值得注意的是，CsAs2O3Br還表現(xiàn)出超強(qiáng)的二次諧波響應(yīng)，在1064 nm時(shí)達(dá)到KH2PO4的20.5倍，在532 nm時(shí)為β-BaB2O4的2.3倍。這些卓越性能為KBBF類似物設(shè)立了新的性能基準(zhǔn)，表明CsAs2O3Br和CsAs4O6Br是極為出色的日盲區(qū)紫外光學(xué)材料。 此外，基于密度泛函理論的計(jì)算進(jìn)一步揭示，CsAs2O3Br和CsAs4O6Br的優(yōu)異性能來源于其內(nèi)部由AsO3功能基團(tuán)構(gòu)成的高度有序的As2O3層，強(qiáng)調(diào)了功能基元自聚合策略在設(shè)計(jì)兼具優(yōu)異線性與非線性光學(xué)特性的晶體材料中的有效性。 這一研究不僅克服了傳統(tǒng)KBBF類似物在結(jié)構(gòu)與性能上的瓶頸，還為類KBBF晶體的設(shè)計(jì)原理提供了新的視角。更為重要的是，它為下一代多功能非線性光學(xué)材料的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，推動(dòng)了高效激光系統(tǒng)和光子技術(shù)的進(jìn)步。 論文信息 Breaking Performance Barriers in KBe2BO3F2 (KBBF) Analogs by Functional Group Self-Polymerization Wei Zeng, Yao Tian, Prof. Hongmei Zeng, Prof. Zhien Lin, Prof. Guohong Zou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202422818
