Cristais ópticos não lineares infravermelhos (NLOCs), como dispositivos principais para conversão de frequência de laser, têm aplicações importantes em lasers totalmente de estado sólido. Os atuais cristais ópticos não lineares IR comerciais incluem principalmente compostos do tipo calcopirita compostos de grupos tetraédricos, como AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 e ZnGeP2 (ZGP). No entanto, devido aos seus respectivos defeitos intrínsecos de desempenho, estes materiais não conseguem mais satisfazer plenamente as demandas do atual desenvolvimento da tecnologia de laser infravermelho. Portanto, há uma necessidade urgente de projetar novos materiais ópticos não lineares infravermelhos baseados em novos motivos ou novas estratégias para romper as limitações das propriedades existentes do material e obter novos materiais ópticos não lineares infravermelhos de alto desempenho com novas estruturas.
O Centro de Pesquisa de Materiais Cristalinos do Instituto de Tecnologia Física e Química de Xinjiang, Academia Chinesa de Ciências, tem se dedicado à pesquisa de novos cristais funcionais optoeletrônicos. Estudos anteriores mostraram que o mercúrio tem uma configuração eletrônica única, que conduz à formação de íons Hg2+ altamente polarizados, resultando em uma resposta óptica não linear significativa. Enquanto isso, o Hg possui formas de coordenação abundantes e pode formar radicais lineares [HgSe2], planos [HgSe3] e triangular-cônicos [HgQ4] (Q=S, Se) não linearmente ativos no processo de ligação com elementos de enxofre. Devido à limitação da quinta regra de Bowling (regra de poupança), a maioria dos compostos de enxofre pré-sintetizados à base de Hg contém apenas um único motivo reativo não linear, e os compostos compostos por tetraedros [HgQ4] são predominantes, o que limita a química e estrutura diversidade dos compostos à base de Hg. Com base em pesquisas anteriores, a equipe de pesquisa liderada pelo pesquisador Pan Shilie e pelo pesquisador Li Junjie do Centro de Pesquisa de Materiais Cristalinos do Instituto de Física e Química de Xinjiang, Academia Chinesa de Ciências, propôs uma estratégia de design "três em um" em o sistema de compostos de enxofre à base de Hg, ou seja, três tipos de anisotropias de polarizabilidade não linearmente ativas, mas diferentes, de grupos ［HgQn] (n=2, 3, 4) em uma tentativa de quebrar a limitação da "economia regra" em um único composto, e sintetizou o primeiro material óptico não linear infravermelho baseado em mercúrio Hg7P2Se12 (HPSe), que contém [HgSe2], [HgSe3] e [HgSe4] ao mesmo tempo. O composto exibe uma grande resposta de oitava de segunda ordem (∼1 × AGS) sob uma fonte de luz de dois micrômetros, e o cristal tem um amplo corte infravermelho (∼22,8 μm) e um alto limiar de dano ao laser (∼2 × AGS), sugerindo que quebrar a “regra da conservação” e aumentar a diversidade de grupos é uma estratégia eficaz para o design. Isto sugere que quebrar a "regra de poupança" e aumentar a diversidade de grupos é uma estratégia eficaz para projetar novos materiais ópticos não lineares infravermelhos com estrutura inovadora e excelente desempenho. Este resultado inspirará os pesquisadores a explorar mais novos materiais ópticos não lineares infravermelhos com excelente desempenho abrangente.
Os resultados da pesquisa foram publicados em texto completo em Advanced Functional Materials por Wiley, com o Instituto de Física e Tecnologia Química de Xinjiang (XICT) como a única unidade de conclusão, Shiliu Pan e Junjie Li como autores correspondentes, e o pós-doutorado Yu Chu e o estudante de doutorado Hongshan Wang como co-autores. O trabalho de pesquisa foi financiado pelo Programa de Talentos da Academia Chinesa de Ciências, pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pela Fundação de Ciências Naturais da Região Autônoma de Xinjiang.
Figura 1 Estrutura e propriedades ópticas dos cristais HPSe. (a) Padrões de XRD de monocristais de HPSe (a figura inserida é uma foto óptica de HPSe); (b)?Padrões de transmissão IR de cristais únicos HPSe, AGS e ZGP (a figura inserida é uma foto óptica de HPSe, AGS e ZGP); (c) efeito de duplicação do pó das amostras de HPSe; (d) espectros de transmissão UV de monocristais HPSe; e (e) análise estatística não linear típica de seleneto IR da faixa de transmissão óptica de materiais ópticos. onde a cor azul representa a região de alta transmitância.
