潘世烈、张方方等在氟化硼磷酸盐深紫外非线性光学晶体研究方面取得进展

fox1992

波长短于200 nm的深紫外激光具有能量分辨率高、光谱分辨率高、光子通量密度大等特点，在激光光刻、激光微加工、先进科学仪器等方面具有重要的应用价值。做为全固态激光器输出深紫外激光的关键材料，深紫外非线性光学晶体新材料的探索制备一直是国际的前沿课题。
       新疆理化所晶体材料研究中心一直致力于新型深紫外非线性光学晶体的设计、制备、生长和性能基础研究，在前期工作中，提出了硼酸盐的“氟化策略”，指出氟化硼酸盐是探索深紫外非线性光学材料的新体系，发明了ABF族深紫外非线性光学晶体（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 3916–3919；J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 10645–10648； Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 14119–14123；Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 2150–2154）。

(NH4)3B11PO19F3晶体具有优异的深紫外非线性光学性能

        最近，该团队进一步将“氟化策略”拓展至硼磷酸盐体系，合成了一例具有复合阴离子基团的氟化硼磷酸盐深紫外非线性光学晶体(NH4)3B11PO19F3（ABPF）。该晶体具有独特的 [B5PO14F基本构筑单元]，其阴离子框架呈现出类似于目前唯一实用化深紫外非线性光学晶体——KBBF的[B5PO10F]∞层，由于层间具有强的B-O-P共价键，层间距较小，层间作用力较强，因此避免了晶体的层状生长习性。ABPF晶体能够满足深紫外非线性光学晶体的三个基本条件，即：短波长截止边达深紫外区（183 nm）、倍频效应大（1.2 × KDP）、双折射率适中（ 0.088 @ 1064 nm）可满足深紫外相位匹配条件，是一种潜在的深紫外非线性光学材料。论文通过结构分析和第一性原理计算阐明了[BO3]、[BO4]、[BO3F]和[PO4]基元对晶体的线性及非线性光学性质的影响，指出π共轭[BO3]基元有利于获得较大的倍频效应和双折射率，使ABPF能够突破“200 nm壁垒”；而具有大的HOMO-LUMO能隙的非π共轭 [BO4]、[BO3F]和[PO4]基元的利于消除[BO3]基元的悬挂键，从而获得较短的截止边。因此，ABPF优异的综合性能源于由π共轭和非π共轭基元组成的独特的类KBBF结构。这项工作证明了“氟化策略”和多阴离子基团设计策略在探索高性能深紫外非线性光学晶体方面的有效性。
        相关研究成果以全文Research Article形式发表在《国家科学评论》（National Science Review）（Natl. Sci. Rev., 2022, 9, nwac110)，新疆理化所为唯一完成单位，潘世烈研究员和张方方研究员为通讯作者，程丙良和李子健博士为共同第一作者。该研究工作得到了科技部、国家基金委和中科院等项目的资助。
        文章链接：https://academic.oup.com/nsr/article/9/8/nwac110/6605287
           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。