레이저 주파수 변환을 위한 핵심 장치인 적외선 비선형 광학 결정(NLOC)은 전고체 레이저에서 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 현재 상업용 IR 비선형 광학 결정에는 주로 AgGaS2(AGS), AgGaSe2 및 ZnGeP2(ZGP)와 같은 사면체 그룹으로 구성된 황동석 유형 화합물이 포함됩니다. 그러나 각각의 본질적인 성능 결함으로 인해 이러한 재료는 더 이상 현재 적외선 레이저 기술 개발의 요구 사항을 완전히 충족할 수 없습니다. 따라서 기존 재료 물성의 한계를 극복하고 새로운 구조를 갖는 새로운 고성능 적외선 비선형 광학재료를 얻기 위해서는 새로운 모티브나 새로운 전략을 기반으로 한 새로운 적외선 비선형 광학재료의 설계가 절실히 요구된다.
중국과학원 신장 물리화학기술연구소의 결정재료 연구센터는 새로운 광전자 기능성 결정 연구에 전념해 왔습니다. 이전 연구에 따르면 수은은 극성이 높은 Hg2+ 이온의 형성에 도움이 되는 독특한 전자 구성을 갖고 있어 상당한 비선형 광학 반응을 초래하는 것으로 나타났습니다. 한편, Hg는 풍부한 배위 형태를 갖고 있으며 황 원소와 결합하는 과정에서 선형 [HgSe2], 평면형 [HgSe3] 및 삼각-원추형 [HgQ4](Q= S, Se) 비선형 활성 라디칼을 형성할 수 있습니다. Bowling의 다섯 번째 법칙(save rule)의 한계로 인해 대부분의 사전 합성된 Hg 기반 황 화합물은 단일 비선형 반응성 모티프만을 포함하며 [HgQ4] 사면체로 구성된 화합물이 우세하므로 화학적 및 구조적 특성이 제한됩니다. Hg 기반 화합물의 다양성. 중국과학원 신장물리화학연구소 결정재료연구센터 판실리에(Pan Shilie) 연구원과 리준지에(Li Junjie) 연구원이 이끄는 연구팀은 이전 연구를 바탕으로 '3-in-1' 디자인 전략을 제안했다. Hg 기반 황 화합물 시스템, 즉 ［HgQn](n= 2, 3, 4) 그룹의 세 종류의 비선형 활성이지만 서로 다른 극성 이방성을 사용하여 "절약"의 한계를 극복하려는 시도 rule"을 단일 화합물로 만들어 [HgSe2], [HgSe3], [HgSe4]를 동시에 함유한 최초의 수은 기반 적외선 비선형 광학 물질 Hg7P2Se12(HPSe)를 합성했습니다. 이 화합물은 2 마이크로미터 광원 하에서 큰 2차 옥타브 응답(~1 × AGS)을 나타내며 결정은 넓은 적외선 차단(~22.8 μm)과 높은 레이저 손상 임계값(~2 × AGS)을 갖습니다. '보존의 법칙'을 깨고 그룹의 다양성을 높이는 것이 디자인에 효과적인 전략임을 시사합니다. 이는 '절약의 법칙'을 깨고 그룹의 다양성을 높이는 것이 새로운 구조와 우수한 성능을 갖춘 새로운 적외선 비선형 광학 소재를 설계하기 위한 효과적인 전략임을 시사합니다. 이 결과는 연구자들이 뛰어난 종합 성능을 갖춘 더 많은 새로운 적외선 비선형 광학 재료를 탐구하도록 영감을 줄 것입니다.
연구 결과는 XICT(Xinjiang Institute of Physics and Chemical Technology)가 단독 완성 단위로, Shiliu Pan과 Junjie Li가 교신 저자로, 박사후 연구원 Yu Chu와 박사 과정 학생이 Wiley의 Advanced Functional Materials에 전문으로 게재되었습니다. 공동 제1저자는 왕홍산(Hongshan Wang)이다. 이 연구 작업은 중국과학원 인재 프로그램, 중국 국립자연과학재단, 신장자치구 자연과학재단의 자금 지원을 받았습니다.
그림 1 HPSe 결정의 구조 및 광학적 특성. (a) HPSe 단결정의 XRD 패턴(삽입된 그림은 HPSe의 광학 사진임); (b) - HPSe, AGS 및 ZGP 단결정의 IR 투과 패턴(삽입된 그림은 HPSe, AGS 및 ZGP의 광학 사진임); (c) HPSe 샘플의 분말 배가 효과; (d) HPSe 단결정의 UV 투과 스펙트럼; (e) 일반적인 셀레나이드 IR 비선형 광학 재료의 광 투과 범위에 대한 통계적 분석. 여기서 파란색은 높은 투과율 영역을 나타냅니다.
