单氟磷酸盐:深紫外非线性光学材料的新体系

非线性光学(NLO)晶体能有效扩展激光的波长范围，在现代激光科学与技术领域起着重要作用，其中深紫外(DUV)非线性光学晶体更是近年来研究热点之一。由于深紫外倍频材料对材料的性质具有苛刻要求，如要求材料具有非中心对称晶体结构，二阶倍频效应系数大，尤其是需具有超宽带隙（大于6.2 eV），因此，迄今仅有少量硼酸盐，磷酸盐和碳酸盐符合上述要求；商用材料仅有KBBF唯一一例，但因其含有剧毒铍元素，且由于层状生长习性强烈，造成大晶体生长困难等习性，其应用受到一定程度限制。因此新型深紫外非线性光学材料体系的探索研究具有重要的科学意义和实用价值。

金沙威尼斯欢乐娱人城吴立明课题组首先从理论计算角度出发，利用Gaussian和VASP等量子化学软件包对PO₃F^2-基团进行偶极矩，能隙及超极化率等光学性质的计算研究，发现其相关参数均优于PO₄^3-基团，基于此，他们预测PO₃F^2-有望成为新的DUV NLO功能基团。在此指导下，经过对100多个已知单氟磷酸盐进行深入调查和相关电子结构及光学性质计算分析，他们提出(NH₄)₂PO₃F，(C(NH₂)₃)₂PO₃F和NaNH₄PO₃F·H₂O三个化合物具有成为新型深紫外非线性光学材料的潜力。为了证实理论工作，他们通过水热合成法成功合成了这三种晶体，其中NaNH₄PO₃F·H₂O的单晶尺寸可达到14 × 9 × 2.3 mm³。有趣的是，这些化合物表现出优异的非线性光学性质：深紫外截止边均小于200 nm；二阶倍频响应强（在1064和532 nm处分别为基准材料KDP的0.9−1.1倍和基准材料BBO的0.2−0.3倍）；激光损伤阈值高（在1064 nm处约为KDP的2.3−3.1倍）。该研究首次提出了可用于深紫外区域的新颖功能基团PO₃F^2-，为深紫外非线性光学晶体的探索提供新方向。该研究工作近期发表在Chemistry of Materials 上（DOI:10.1021/acs.chemmater.8b03310，影响因子：9.89）。金沙威尼斯欢乐娱人城为唯一单位。金沙威尼斯欢乐娱人城博士生熊琳为论文第一作者，金沙威尼斯欢乐娱人城硕士生陈洁，陆静，潘春亚依次为第二，三，四作者，完成相关实验验证工作。该研究得到国家自然科学基金资助，特此感谢。