李俊杰、潘世烈在宽带隙缺陷类金刚石结构红外非线性光学材料研究获进展

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红外非线性光学晶体作为激光频率转换的关键器件，在全固态激光器中具有广泛的应用。当前商用的中远红外非线性光学晶体主要包括类金刚石结构的AgGaS2，AgGaSe2和ZnGeP2等化合物。然而，由于各自本征的性能缺陷，如低的激光损伤阈值及低带隙引起的双光子吸收等，这些材料已不能完全满足当前红外激光技术发展的需求。亟需开发性能优异的新型中远红外非线性光学材料。
　　在国家青年人才计划、国家自然科学基金及新疆自治区自然科学基金等的资助下，新疆理化所光电功能材料实验室研究人员通过优选四面体结构基元，基于模板设计、结构预测与实验合成三者相结合的技术路线，设计合成出首例含碱土金属的缺陷类金刚石结构硒化物红外非线性光学材料MgGa2Se4（MGSe-I）。光学性能测试结果表明，MgGa2Se4具有宽的硒化物带隙2.96 eV，高的激光损伤阈值（~3 ×AgGaS2）。同时MgGa2Se4表现出较好的倍频效应，约为0.9 ×AgGaS2，并能实现Ⅰ型相位匹配。理论计算的结果表明，碱土金属四面体基团的引入，增大了硒化物缺陷类金刚石结构的带隙，为后续设计大带隙的缺陷类金刚石结构材料提供了借鉴。

图1（a）基于四面体基团及模板设计的晶体结构预测；（b）计算的MGSe-I相的声子谱

图2 MGSe-I相的晶体结构

图3 MGSe-I相的光学性能。（a）MGSe-I和AgGaS2在2.09 μm激光下不同颗粒度的倍频效应；（b）光学带隙；（c）光学透过；（d）带隙性能对比

　　这一结果将激励科研人员基于模板设计、结构预测与实验合成相结合的思路探索更多性能优异的缺陷类金刚石结构红外非线性光学材料。相关研究成果发表在《Advanced Science》(Adv. Sci. 2022, 9, 2106120)上。新疆理化所为唯一完成单位，硕士研究生王鹏、博士研究生楚羽和阿布都咔地为第一作者，李俊杰研究员和潘世烈研究员为通讯作者。
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202106120
        文章来源：新疆理化所
      潘世烈，男，理学博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，国家杰出青年科学基金获得者，国家"万人计划"领军人才入选者，中国科学院新疆理化技术研究所副所长，中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。1996年于郑州大学获得理学学士学位，同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位，2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位，2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后，到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇，其中，SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。授权美国发明专利7项，授权中国发明专利61项。已培养博士研究生20名，硕士研究生31名，出站博士后4名。目前在站博士后3名，在读博士研究生12名，硕士研究生26名。
       李俊杰，男，理学博士，研究员，博士生导师。2015年获华东师范大学博士学位。先后留学日本东北大学、欧洲伊比利亚国际纳米技术实验室。2019年入职中科院新疆理化技术研究所。先后在Adv. Mater.; J. Am. Chem. Soc., ACS Nano; Adv. Sci., Nat. Commun., Energ. Environ. Sci., ACS Catal., J. Phys. Chem. Lett.等国际刊物上发表学术论文70余篇，参与出版英文学术专著一部。