波長短于200 nm的深紫外激光具有能量分辨率高、光譜分辨率高、光子通量密度大等特點，在激光光刻、激光微加工、先進科學儀器等方面具有重要的應用價值。做為全固態(tài)激光器輸出深紫外激光的關鍵材料，深紫外非線性光學晶體新材料的探索制備一直是國際的前沿課題。新疆理化所晶體材料研究中心一直致力于新型深紫外非線性光學晶體的設計、制備、生長和性能基礎研究，在前期工作中，提出了硼酸鹽的“氟化策略”，指出氟化硼酸鹽是探索深紫外非線性光學材料的新體系，發(fā)明了ABF族深紫外非線性光學晶體（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）。最近，該團隊進一步將“氟化策略”拓展至硼磷酸鹽體系，合成了一例具有復合陰離子基團的氟化硼磷酸鹽深紫外非線性光學晶體(NH4)3B11PO19F3（ABPF）。該晶體具有獨特的 [B5PO14F基本構(gòu)筑單元]，其陰離子框架呈現(xiàn)出類似于目前唯一實用化深紫外非線性光學晶體——KBBF的[B5PO10F]∞層，由于層間具有強的B-O-P共價鍵，層間距較小，層間作用力較強，因此避免了晶體的層狀生長習性。ABPF晶體能夠滿足深紫外非線性光學晶體的三個基本條件，即：短波長截止邊達深紫外區(qū)（183 nm）、倍頻效應大（1.2 × KDP）、雙折射率適中（ 0.088 @ 1064 nm）可滿足深紫外相位匹配條件，是一種潛在的深紫外非線性光學材料。論文通過結(jié)構(gòu)分析和第一性原理計算闡明了[BO3]、[BO4]、[BO3F]和[PO4]基元對晶體的線性及非線性光學性質(zhì)的影響，指出π共軛[BO3]基元有利于獲得較大的倍頻效應和雙折射率，使ABPF能夠突破“200 nm壁壘”；而具有大的HOMO-LUMO能隙的非π共軛 [BO4]、[BO3F]和[PO4]基元的利于消除[BO3]基元的懸掛鍵，從而獲得較短的截止邊。因此，ABPF優(yōu)異的綜合性能源于由π共軛和非π共軛基元組成的獨特的類KBBF結(jié)構(gòu)。這項工作證明了“氟化策略”和多陰離子基團設計策略在探索高性能深紫外非線性光學晶體方面的有效性。
(NH4)3B11PO19F3晶體具有優(yōu)異的深紫外非線性光學性能相關研究成果以全文Research Article形式發(fā)表在《國家科學評論》（National Science Review）（Natl. Sci. Rev., 2022, 9, nwac110)，新疆理化所為唯一完成單位，潘世烈研究員和張方方研究員為通訊作者，程丙良和李子健博士為共同第一作者。該研究工作得到了科技部、國家基金委和中科院等項目的資助。參考資料：http://www.xjipc.cas.cn/xwnew/kyjz/202210/t20221009_6521171.html
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