新疆理化所揭示氟化硼酸盐非中心对称子晶格带边轨道贡献机制
日期：
2025-01-02
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近期，中国科学院新疆理化技术研究所的研究团队在氟化硼酸盐的深紫外非线性光学性能方面取得了重要进展，提出了一种通过共价键合氟优化硼氧框架的新策略，为新型光学材料的设计提供了理论依据。氟化硼酸盐因其丰富的结构多样性和组装模式，成为探索深紫外非线性光学材料的优势体系。然而，具有B-F键合的氟化基元影响结构及性能的内在规律尚不清晰。中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心系统分析了系列氟化硼酸盐双折射率及倍频效应，发现氟化硼酸盐的非中心性和非线性光学性能主要来源于B-O/F子晶格的结构及性能特征（图1）。氟的引入通过聚合诱导效应和剪刀效应修饰与优化B-O骨架，有利于光学性能的提升。通过对氟化硼酸盐倍频效应的轨道分析，该团队揭示了氟化硼酸盐倍频效应的非中心对称子晶格带边轨道分布机制，即形成于非中心对称子晶格并出现在能带边缘的轨道将主导二次谐波的产生。另外，共价键合氟的聚合诱导效应和剪切效应优化了轨道的分布。总之，氟化硼酸盐倍频的贡献主要受氧非键轨道的支配，氟也有明显的直接贡献，从而揭示了非中心对称子晶格带边轨道分布机制。从轨道层面上阐明了氟化硼酸盐倍频效应的物理机制，证明了共价键合氟的贡献。该研究为深紫外非线性光学性能优化提供了新的视角，也为未来新型光学材料的设计与开发奠定了基础。相关研究成果以通讯的形式发表在《科学通报》（Sci. Bull., 2024, 69, 1192-1196）上，新疆理化技术研究所为唯一通讯单位，晶体材料研究中心潘世烈和杨志华研究员为通讯作者，李富明为第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院、新疆维吾尔自治区项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.03.007
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