新疆理化所深紫外非线性光学晶体材料研究获进展

非线性光学晶体材料是重要的光电信息功能材料，在激光医学、激光频率变换、信息通讯、精密仪器加工等众多领域都具有重要应用。随着科技的发展，现阶段对非线性光学晶体材料提出了更高的要求。作为全固态激光器输出深紫外激光的关键元件，深紫外非线性光学晶体的研制和应用亟待发展突破。

中国科学院新疆理化技术研究所特殊环境功能材料与器件重点实验室潘世烈团队通过结构调控和组装设计思路，将BO4-xFx（x=1,2,3）基本构筑基团引入碱金属、碱土金属硼酸盐框架，成功设计并合成出了系列新型氟化硼酸盐深紫外非线性光学晶体，如Li2B6O9F2 (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916)、NH4B4O6F (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10645)、CsB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14119)、RbB4O6F (Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2150)、SrB5O7F3(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201802058)和CaB5O7F3（Inorg. Chem. 2018, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00531）。

近日，基于阳离子结构调控策略，潘世烈团队又合成了一例新型碱金属氟化硼酸盐非线性光学晶体材料——NaB4O6F（NBF），它是新的AB4O6F族氟硼酸盐。由于Na离子的尺寸适中和特殊的位置，使NBF的晶体结构与AB4O6F族中的其他化合物相比具有独特的性能。NBF结晶于非中心对称的空间群（C2），紫外截止边低于180nm，倍频效应为0.9倍的KH2PO4，具有大的双折射率，最短相位匹配波长可达到166nm，是非常有前景的深紫外非线性光学晶体。此外NBF还具有较低的离子迁移活化能32.5 kJ·mol-1，是潜在的固体离子导体材料。基于键价理论、对称性分析和第一性原理计算，揭示了NBF独特的性能来源于“多功能基元”[B4O6F]∞层，此研究为设计优异的多功能氟硼酸盐光学晶体提供了可行策略。

相关研究成果以Very Important Paper (VIP) 文章的形式发表在《德国应用化学》上。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院等的支持。

NaB4O6F晶体结构（a），离子迁移活化能（b），倍频效应（c）和相位匹配性能（d）