非线性光学材料结构设计研究获突破

探索新型中远红外非线性光学材料是非线性光学研究中的一个重要的前沿和热点方向。传统的中远红外非线性光学材料主要是金属磷属化合物、金属硫属化合物、金属卤化物等，而且非线性光学材料以提高复杂阴离子基团的非线性极化率为主要结构设计思路，如阴离子基团理论。

在973计划项目、国家自然科学基金重大研究计划项目和中科院重要方向项目的支持下，福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室郭国聪研究员领导的课题组率先采用以共同提高复杂阳离子基团和复杂阴离子基团的非线性极化率为结构设计的创新思路，采用超分子化学和晶体工程的策略可控组装复杂阴、阳离子基团，促使复杂阴、阳离子基团的非线性极化率采取正向平行排列方式，达到最佳非线性光学性能。

采用该创新思路，课题组选择在中远红外区没有吸收的金属-磷属键和金属-卤族键共同构筑二例中远红外区透过的、具有无心结构的金属磷卤无机超分子化合物(Hg6P3)(In2Cl9)和(Hg8As4)(Bi3Cl13)，其晶体结构由具有较大极化率的复杂阴、阳离子基团通过弱的超分子相互作用力构成。粉末法测试表明，它们与典型的AgGaS2材料具有相当的二倍频非线性光学系数且在2.1μm下相位匹配。理论计算研究表明，复杂阴、阳离子基团都对晶体整体的非线性效应有较大的贡献，而不像大多数传统非线性光学材料中阴离子基团占主要贡献。

本研究结果表明，无机超分子化合物是一种潜在的中远红外非线性光学材料，通过同时引入极化率大的复杂阴、阳离子基团并通过超分子化学和晶体工程控制组装其极化方向在晶体中的择优取向排列，将会得到新型的性能优异的中远红外非线性光学材料，从而为非线性光学材料的结构设计提供新思路。