Kristal optik nonlinier inframerah (NLOCs), sebagai perangkat utama untuk konversi frekuensi laser, memiliki aplikasi penting dalam semua laser solid-state. Kristal optik nonlinier IR komersial saat ini terutama mencakup senyawa jenis kalkopirit yang terdiri dari gugus tetrahedral, seperti AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 dan ZnGeP2 (ZGP). Namun, karena cacat kinerja intrinsiknya masing-masing, bahan-bahan ini tidak lagi dapat sepenuhnya memenuhi tuntutan perkembangan teknologi laser inframerah saat ini. Oleh karena itu, terdapat kebutuhan mendesak untuk desain bahan optik nonlinier inframerah baru berdasarkan motif baru atau strategi baru untuk menerobos keterbatasan sifat bahan yang ada dan mendapatkan bahan optik nonlinier inframerah kinerja tinggi baru dengan struktur baru.
Pusat Penelitian Bahan Kristal di Institut Teknologi Fisika dan Kimia Xinjiang, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok telah dikhususkan untuk penelitian kristal fungsional optoelektronik baru. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa merkuri memiliki konfigurasi elektronik yang unik, yang mendukung pembentukan ion Hg2+ yang sangat terpolarisasi, sehingga menghasilkan respons optik nonlinier yang signifikan. Sedangkan Hg mempunyai bentuk koordinasi yang melimpah dan dapat membentuk radikal aktif nonlinier linier [HgSe2], planar [HgSe3] dan segitiga-kerucut [HgQ4] (Q=S, Se) pada proses ikatan dengan unsur belerang. Karena keterbatasan aturan kelima Bowling (aturan penghematan), sebagian besar senyawa belerang berbasis Hg pra-sintesis hanya mengandung satu motif reaktif nonlinier, dan senyawa yang terdiri dari [HgQ4] tetrahedra bersifat dominan, sehingga membatasi sifat kimia dan strukturnya. keanekaragaman senyawa berbasis Hg. Berdasarkan penelitian sebelumnya, tim peneliti yang dipimpin oleh peneliti Pan Shilie dan peneliti Li Junjie di Pusat Penelitian Bahan Kristal Institut Fisika dan Kimia Xinjiang, Akademi Ilmu Pengetahuan China, mengusulkan strategi desain "tiga-dalam-satu" di sistem senyawa belerang berbasis Hg, yaitu tiga jenis anisotropi non-linier aktif tetapi berbeda polarisasi dari gugus ［HgQn] (n=2, 3, 4) dalam upaya untuk mendobrak batasan "penghematan rule" dalam satu senyawa, dan mensintesis bahan optik nonlinier inframerah berbasis merkuri pertama Hg7P2Se12 (HPSe), yang mengandung [HgSe2], [HgSe3], dan [HgSe4] secara bersamaan. Senyawa tersebut menunjukkan respons oktaf orde kedua yang besar (∼1 × AGS) di bawah sumber cahaya dua mikrometer, dan kristal memiliki batas inframerah yang lebar (∼22,8 μm) dan ambang kerusakan laser yang tinggi (∼2 × AGS), menyarankan bahwa melanggar "aturan konservasi" dan meningkatkan keragaman kelompok adalah strategi perancangan yang efektif. Hal ini menunjukkan bahwa melanggar "aturan penghematan" dan meningkatkan keragaman kelompok merupakan strategi efektif untuk merancang bahan optik nonlinier inframerah baru dengan struktur baru dan kinerja luar biasa. Hasil ini akan menginspirasi para peneliti untuk mengeksplorasi lebih banyak bahan optik nonlinier inframerah baru dengan kinerja komprehensif yang sangat baik.
Hasil penelitian dipublikasikan dalam teks lengkap di Advanced Functional Materials oleh Wiley, dengan Institut Teknologi Fisika dan Kimia Xinjiang (XICT) sebagai satu-satunya unit penyelesaian, Shiliu Pan dan Junjie Li sebagai penulis terkait, serta rekan pascadoktoral Yu Chu dan mahasiswa doktoral. Hongshan Wang sebagai rekan penulis pertama. Pekerjaan penelitian ini didanai oleh Talent Program of Chinese Academy of Sciences, National Natural Science Foundation of China dan Natural Science Foundation of Xinjiang Autonomous Region.
Gambar 1 Struktur dan sifat optik kristal HPSe. (a) Pola XRD kristal tunggal HPSe (gambar yang disisipkan adalah foto optik HPSe); (b)?Pola transmisi IR kristal tunggal HPSe, AGS, dan ZGP (gambar yang disisipkan adalah foto optik HPSe, AGS, dan ZGP); (c) efek penggandaan bubuk sampel HPSe; (d) spektrum transmisi UV kristal tunggal HPSe; dan (e) Analisis statistik nonlinier IR selenide tipikal dari jangkauan transmisi optik bahan optik. dimana warna biru mewakili wilayah transmitansi tinggi.
