吳立明老師 Chemistry of Materials 文章介紹 單氟磷酸鹽:深紫外非線性光學材料的新體系
非線性光學(NLO)晶體能有效擴展激光的波長范圍，在現(xiàn)代激光科學與技術(shù)領(lǐng)域起著重要作用，其中深紫外(DUV)非線性光學晶體更是近年來研究熱點之一。由于深紫外倍頻材料對材料的性質(zhì)具有苛刻要求，如要求材料具有非中心對稱晶體結(jié)構(gòu)，二階倍頻效應(yīng)系數(shù)大，尤其是需具有超寬帶隙（大于6.2 eV），因此，迄今僅有少量硼酸鹽，磷酸鹽和碳酸鹽符合上述要求；商用材料僅有KBBF唯一一例，但因其含有劇毒鈹元素，且由于層狀生長習性強烈，造成大晶體生長困難等習性，其應(yīng)用受到一定程度限制。因此新型深紫外非線性光學材料體系的探索研究具有重要的科學意義和實用價值。
北京師范大學化學學院吳立明課題組首先從理論計算角度出發(fā)，利用Gaussian和VASP等量子化學軟件包對PO3F2-基團進行偶極矩，能隙及超極化率等光學性質(zhì)的計算研究，發(fā)現(xiàn)其相關(guān)參數(shù)均優(yōu)于PO43-基團，基于此，他們預(yù)測PO3F2-有望成為新的DUV NLO功能基團。在此指導(dǎo)下，經(jīng)過對100多個已知單氟磷酸鹽進行深入調(diào)查和相關(guān)電子結(jié)構(gòu)及光學性質(zhì)計算分析，他們提出(NH4)2PO3F，(C(NH2)3)2PO3F和NaNH4PO3F·H2O三個化合物具有成為新型深紫外非線性光學材料的潛力。為了證實理論工作，他們通過水熱合成法成功合成了這三種晶體，其中NaNH4PO3F·H2O的單晶尺寸可達到14 × 9 × 2.3 mm3。有趣的是，這些化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的非線性光學性質(zhì)：深紫外截止邊均小于200 nm；二階倍頻響應(yīng)強（在1064和532 nm處分別為基準材料KDP的0.9−1.1倍和基準材料BBO的0.2−0.3倍）；激光損傷閾值高（在1064 nm處約為KDP的2.3−3.1倍）。該研究首次提出了可用于深紫外區(qū)域的新穎功能基團PO3F2-，為深紫外非線性光學晶體的探索提供新方向。該研究工作近期發(fā)表在Chemistry of Materials 上（DOI:10.1021/acs.chemmater.8b03310，影響因子：9.89）。北京師范大學化學學院為唯一單位?；瘜W學院博士生熊琳為論文第一作者，化學學院碩士生陳潔，陸靜，潘春亞依次為第二，三，四作者，完成相關(guān)實驗驗證工作。該研究得到國家自然科學基金資助，特此感謝。
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