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無鈹無層狀習(xí)性深紫外非線性光學(xué)晶體研究獲進展

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無鈹無層狀習(xí)性深紫外非線性光學(xué)晶體研究獲進展

摘要: 　　探索滿足“深紫外透過-大倍頻效應(yīng)-較大雙折射”相互矛盾性能指標(biāo)的深紫外（ 200 nm）非線性光學(xué)晶體是當(dāng)前該領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵難點。通過材料結(jié)構(gòu)性能關(guān)系學(xué)習(xí)，建立功能基元數(shù)據(jù)庫，探索平衡制約性能微觀機理 ...

　　探索滿足“深紫外透過-大倍頻效應(yīng)-較大雙折射”相互矛盾性能指標(biāo)的深紫外（ 200 nm）非線性光學(xué)晶體是當(dāng)前該領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵難點。通過材料結(jié)構(gòu)性能關(guān)系學(xué)習(xí)，建立功能基元數(shù)據(jù)庫，探索平衡制約性能微觀機理，篩選并引入新的功能基團來平衡矛盾綜合品質(zhì)因子是突破深紫外用晶體的有效手段。
　　根據(jù)以上思路，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)學(xué)習(xí)所新型光電功能材料實驗室潘世烈學(xué)習(xí)團隊開展了系統(tǒng)學(xué)習(xí)。建立了典型硼酸鹽晶體材料的結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)庫，分析了硼酸鹽晶體各項性能之間相互制約的原因，提出了一種新的材料設(shè)計策略。該策略通過引入基于材料模擬方法篩選出一類[BOF]功能基團：(BO3F)4-、(BO2F2)3-和(BOF3)2-。學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)-離子的引入增大了[BOF]基團的各向異性，可增大材料雙折射，在獲得大帶隙的同時可以避免層狀生長習(xí)性。學(xué)習(xí)人員選取了四個氟硼酸鹽化合物，通過第一性原理進行理論模擬，評估了其結(jié)構(gòu)和線性及非線性光學(xué)性能，篩選出Li2B6O9F2(LBOF)證實了提出的設(shè)計策略可行性。通過HSE06雜化泛函評估LBOF的帶隙為8.05 eV，對應(yīng)的紫外截止邊為155 nm，理論計算評估的雙折射值為0.07@1064 nm，最短相位匹配波長達到192 nm。并通過實驗證明了Li2B6O9F2作為深紫外非線性光學(xué)晶體的優(yōu)越性：可實現(xiàn)266nm倍頻輸出，其倍頻效應(yīng)達0.3倍BBO，是一種很有潛力的深紫外非線性光學(xué)晶體。
　　該項學(xué)習(xí)工作首次提出了通過B-F剪裁三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)獲得較大雙折射并保持低紫外截止邊、大倍頻效應(yīng)的設(shè)計策略，成功篩選出一類綜合品質(zhì)因子優(yōu)異的功能基團，并通過實驗進行驗證學(xué)習(xí)，篩選出在深紫外波段具有重要應(yīng)用的非線性光學(xué)材料。該工作通過數(shù)據(jù)庫建立-功能基元篩選-材料設(shè)計-材料制備方式實現(xiàn)了材料的有效制備，為設(shè)計功能材料提供了新的思路。
　　相關(guān)學(xué)習(xí)成果以Very Important Paper (VIP)文章的形式發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué)（Angew. Chem. Int. Ed. 2017， 56， 3916–3919）上。
　　刊載上述首創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)的文章在線發(fā)表后，短時間內(nèi)即引起美國新聞周刊Chemical  Engineering News(CEN)的高度重視。美國新聞周刊在第一時間以Nonlinear opticallaser materialavoids beryllium(無鈹非線性光學(xué)晶體材料)為題目，以Science Concentrates點評了該項學(xué)習(xí)成果。
　　該學(xué)習(xí)工作得到基金委、科技部、中科院、教育部等單位的大力支持。

　　新疆理化所無鈹無層狀習(xí)性深紫外非線性光學(xué)晶體學(xué)習(xí)獲進展無鈹無層狀習(xí)性深紫外非線性光學(xué)晶體研究獲進展  |  責(zé)任編輯：蟲子
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