موسسه فیزیک و شیمی سین کیانگ قانون صرفه جویی را شکست و در طراحی مواد نوری غیرخطی مادون قرمز جدید پیشرفت کرد.

کریستال‌های نوری غیرخطی مادون قرمز (NLOC)، به عنوان دستگاه‌های کلیدی برای تبدیل فرکانس لیزر، کاربردهای مهمی در لیزرهای تمام حالت جامد دارند. بلورهای نوری غیرخطی IR تجاری کنونی عمدتاً شامل ترکیبات نوع کالکوپیریت متشکل از گروه‌های چهار وجهی، مانند AgGaS2 (AGS)، AgGaSe2 و ZnGeP2 (ZGP) هستند. با این حال، به دلیل نقص عملکرد ذاتی مربوطه، این مواد دیگر نمی توانند نیازهای توسعه فناوری لیزر مادون قرمز فعلی را به طور کامل برآورده کنند. بنابراین، نیاز مبرمی به طراحی مواد نوری غیرخطی مادون قرمز جدید بر اساس نقوش جدید یا استراتژی‌های جدید برای شکستن محدودیت‌های خواص مواد موجود و دستیابی به مواد نوری غیرخطی مادون قرمز جدید با کارایی بالا با ساختارهای جدید وجود دارد.

مرکز تحقیقات مواد کریستالی موسسه فناوری فیزیکی و شیمیایی سین کیانگ، آکادمی علوم چین به تحقیق در مورد کریستال های کاربردی نوری الکترونیکی جدید اختصاص یافته است. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که جیوه دارای یک پیکربندی الکترونیکی منحصربه‌فرد است که منجر به تشکیل یون‌های Hg{0}} بسیار قطبی شده و در نتیجه یک پاسخ نوری غیرخطی قابل‌توجهی می‌شود. در همین حال، جیوه اشکال هماهنگی فراوانی دارد و می‌تواند رادیکال‌های غیرخطی [HgSe2]، مسطح [HgSe3] و مثلثی-مخروطی [HgQ4] (Q=S, Se) را در فرآیند پیوند با عناصر گوگردی تشکیل دهد. با توجه به محدودیت قانون پنجم بولینگ (قانون صرفه جویی)، بیشتر ترکیبات گوگردی مبتنی بر جیوه از پیش سنتز شده تنها حاوی یک موتیف واکنشی غیرخطی هستند و ترکیبات متشکل از چهار وجهی [HgQ4] غالب هستند، که شیمیایی و ساختاری را محدود می کند. تنوع ترکیبات مبتنی بر جیوه بر اساس تحقیقات قبلی، تیم تحقیقاتی به سرپرستی محقق پان شیلی و محقق لی جونجی در مرکز تحقیقات مواد کریستالی موسسه فیزیک و شیمی سین کیانگ، آکادمی علوم چین، یک استراتژی طراحی "سه در یک" را پیشنهاد کردند. سیستم ترکیبات گوگردی مبتنی بر جیوه، به عنوان مثال، سه نوع ناهمسانگردی غیرخطی فعال اما متفاوت قطبش پذیری گروه های ［HgQn] (n=2، 3، 4) در تلاش برای شکستن محدودیت "صرفه جویی" قانون" در یک ترکیب واحد، و اولین ماده نوری غیرخطی مادون قرمز مبتنی بر جیوه Hg7P2Se12 (HPSe) را که حاوی [HgSe2]، [HgSe3] و [HgSe4] در همان زمان است، سنتز کرد. این ترکیب یک پاسخ اکتاو مرتبه دوم بزرگ (~1 × AGS) را در زیر یک منبع نور دو میکرومتری نشان می دهد، و کریستال دارای یک برش مادون قرمز گسترده (~22.8 میکرومتر) و آستانه آسیب لیزری بالا (~2 × AGS) است. نشان می دهد که شکستن "قاعده حفاظت" و افزایش تنوع گروه ها یک استراتژی موثر برای طراحی است. این نشان می دهد که شکستن "قانون صرفه جویی" و افزایش تنوع گروه ها یک استراتژی موثر برای طراحی مواد نوری غیرخطی مادون قرمز جدید با ساختار جدید و عملکرد عالی است. این نتیجه محققان را ترغیب می کند تا مواد نوری غیرخطی مادون قرمز جدید بیشتری را با عملکرد جامع عالی کشف کنند.

نتایج تحقیق به صورت متن کامل در Advanced Functional Materials توسط Wiley منتشر شد که مؤسسه فیزیک و فناوری شیمیایی سین کیانگ (XICT) تنها واحد تکمیل، Shiliu Pan و Junjie Li به عنوان نویسندگان مربوطه، و همکار فوق دکتری، یو چو و دانشجوی دکترا بودند. Hongshan Wang به عنوان نویسنده اول. کار تحقیقاتی توسط برنامه استعدادهای درخشان آکادمی علوم چین، بنیاد ملی علوم طبیعی چین و بنیاد علوم طبیعی منطقه خودمختار سین کیانگ تامین شده است.

شکل 1 ساختار و خواص نوری کریستال های HPSe. (الف) الگوهای XRD تک بلورهای HPSe (شکل درج شده یک عکس نوری از HPSe است). (ب) الگوهای انتقال IR تک بلورهای HPSe، AGS و ZGP (شکل درج شده یک عکس نوری از HPSe، AGS، و ZGP است). (ج) اثر دو برابر شدن پودر نمونه های HPSe. (د) طیف انتقال UV تک بلورهای HPSe. و (ه) سلنید معمولی IR غیرخطی تجزیه و تحلیل آماری محدوده انتقال نوری مواد نوری. که در آن رنگ آبی نشان دهنده ناحیه انتقال بالا است.