近日，电子电气与物理学院宋云霞老师在红外非线性光学晶体材料研究方面取得重要进展。相关成果“EuSi7P10: An Inorganic Supramolecular Nonlinear Optical Crystal Exhibiting Strong Second-Harmonic Generation Response”发表在《Inorganic Chemistry》期刊上（论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.inorgchem.4c00427）。论文以无机超分子化合物的结构特点出发，设计并合成出新型红外非线性光学晶体EuSi7P10。该成果受到国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目资助。
磷属化合物是经典的非线性光学晶体材料体系。Eu基化合物由于独特的4f电子特性而展现出有趣的光学性质，而且其带隙可通过化学替代进行有效调控，还具有优良的热稳定性和红外波段透过率。[SiP4]四面体中的Si-P共价键有利于产生高的二阶超极化率和热导率，这有助于提高倍频效应和激光损伤阈值。基于此思路，本论文采用熔盐法，成功设计并合成出新型的非线性光学晶体EuSi7P10（晶体结构如图1）。
图1 EuSi7P10晶体结构图
研究结果表明EuSi7P10晶体的粉末倍频效应为AgGaS2的4倍（图2），如此大的倍频响应主要归因于[SiP4]四面体的一致排列。此外，采用紫外-可见-近红外分光光度计测得样品的漫反射谱，确定EuSi7P10晶体的带隙为1.32 eV。粉末样品的激光损伤阈值为27.9 MW/cm2，明显高于同条件下AgGaS2的阈值5.1 MW/cm2，有利于获得高功率激光输出。此外，计算获得EuSi7P10晶体在2050 nm的双折射为0.087，适中的双折射有利于实现相位匹配。因此，这些优异的线性和非线性光学性能使EuSi7P10成为一种潜在的红外非线性光学晶体的候选材料。
图2 EuSi7P10晶体的倍频效应