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非線性光學(xué)（NLO）材料是現(xiàn)代光子技術(shù)的核心，促進(jìn)了激光變頻、超快光開關(guān)和量子信息處理等的發(fā)展。硼酸鹽體系因其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、寬透明窗口和高激光損傷閾值，在短波長（<280nm）NLO材料領(lǐng)域占據(jù)極其重要的位置。下一代NLO材料的開發(fā)仍然面臨一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：在保持強(qiáng)烈的二次諧波產(chǎn)生（SHG）效應(yīng)的同時(shí)，擁有可以實(shí)現(xiàn)短波長相位匹配的雙折射。此前研究表明，混合陰離子基團(tuán)（如O^2-、F^-、BO₃^3-、BO₃F^4-等）之間的協(xié)同相互作用，可能帶來前所未有的光學(xué)表現(xiàn)。同時(shí)，平面π共軛[B₃O₆]基團(tuán)擁有較大的超極化率和高的極化率各向異性，有助于實(shí)現(xiàn)高效SHG和滿足短波長相位匹配的雙折射。

中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所科研團(tuán)隊(duì)在協(xié)同優(yōu)化策略的指導(dǎo)下，合成了三種新型稀土金屬硼酸鹽氟化物，K₂GdB₃O₆F₂、Rb₂LuB₃O₆F₂和Cs₂LuB₃O₆F₂。實(shí)驗(yàn)表明，這三種化合物都表現(xiàn)出小于200nm的短截止邊，其中Cs₂LuB₃O₆F₂表現(xiàn)出1.5倍于KH₂PO₄的實(shí)驗(yàn)倍頻效應(yīng)。計(jì)算顯示，Rb₂LuB₃O₆F₂和Cs₂LuB₃O₆F₂有潛力通過Nd：YAG激光器的五次諧波產(chǎn)生過程，直接輸出213nm的相干光。更重要的是，三種化合物的結(jié)構(gòu)演化表明，稀土金屬多面體配位嚴(yán)重影響[B₃O₆]基團(tuán)的排列和取向，對(duì)結(jié)構(gòu)最終的對(duì)稱性起著決定性作用。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced?Functional?Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)以及新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接

[B₃O₆]基團(tuán)在中心對(duì)稱和非中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)中的配位敏感性