紅外非線性光學(xué)晶體作為激光頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在全固態(tài)激光器中具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前商用的中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體主要包括類金剛石結(jié)構(gòu)的aggas2，aggase2和zngep2等化合物。然而，由于各自本征的性能缺陷，這些材料已不能完全滿足當(dāng)前紅外激光技術(shù)發(fā)展的需求。因此，亟需開發(fā)性能優(yōu)異的新型中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)材料。汞具有獨特的電子構(gòu)型，有利于形成高度極化的hg2+離子，從而產(chǎn)生顯著的非線性光學(xué)響應(yīng)。因此，含汞硫?qū)倩衔锉灰暈殚_發(fā)高性能紅外非線性光學(xué)材料的最有前景的系統(tǒng)之一，但由于hg的5d和6s電子，之前發(fā)現(xiàn)的汞基硫?qū)倩衔锲毡榇嬖趲缎〉娜秉c。

針對這個問題，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所晶體材料研究中心在前期的研究基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)分析[hgs4]基團(tuán)畸變度對微觀性能的影響，結(jié)合結(jié)構(gòu)預(yù)測，在hg-zn-p-s體系合成出首例寬帶隙的汞基紅外非線性光學(xué)材料zn2hgp2s8。該化合物帶隙達(dá)到了3.37 ev，打破了汞基紅外非線性光學(xué)材料帶隙長期小于3.0 ev的帶隙“壁壘”。同時zn2hgp2s8表現(xiàn)出大的倍頻效應(yīng)，約為1.1 ×aggas2，并能實現(xiàn)ⅰ型相位匹配。相比于前期開發(fā)的大倍頻紅外非線性光學(xué)材料hg3p2s8(chem. mater., 2021, doi: 10.1021/acs.chemmater.1c01982)，zn2hgp2s8表現(xiàn)出更平衡的倍頻效應(yīng)及光學(xué)帶隙。理論計算的結(jié)果表明，在類金剛石結(jié)構(gòu)中，相比于低畸變度的[hgs4]基團(tuán)，高度畸變的[hgs4]基團(tuán)更有利于誘導(dǎo)寬的帶隙，為后續(xù)設(shè)計寬帶隙汞基類金剛石結(jié)構(gòu)材料提供了一個新的思路。這一結(jié)果將激勵科研人員探索更多綜合性能優(yōu)異的汞基類金剛石紅外非線性光學(xué)材料。該研究成果發(fā)表在wiley公司出版的《small》上(small, 2023, doi: 10.1002/smll.202305074)。