SCMs|三元AGa5S8 (A = K, Rb, Cs)：通过“一替多取代”策略制备的红外非线性光学材料

目前，商用的红外非线性光学晶体材料，如具有类金刚石结构的硫属化合物AgGaQ₂ (Q = S、Se)，具有强的非线性光学系数。然而，相对较低的抗激光损伤阈值制约了其在高能激光领域的应用。

近日，中国科学院福建物质结构研究所刘彬文副研究员、郭国聪研究员等人在Science China Materials发表研究论文，以类金刚石结构的闪锌矿ZnS为模板，通过“一替多取代”策略，即[SZn₄⁶⁺ + 5Zn²⁺⇒ A⁺ + 5Ga³⁺] (A = K、Rb和Cs)，采用固相合成方法，获得了三元晶体AGa₅S₈ (A = K、Rb和Cs)。

本文要点：

1) 极性结构的AGa₅S₈保持了类金刚石阴离子骨架框架，非线性光学功能基元GaS₄四面体以平行排列的方式堆积，使其具有高的相位匹配倍频强度（1.1-1.2 × AgGaS₂）。

2) 含有高正电性A⁺阳离子使其表现出3.10-3.37 eV的宽带隙，进而提高抗激光损伤阈值（9.3-12.4 × AgGaS₂）。

3) 晶体AGa₅S₈ (A = K、Rb和Cs)是第一个具有大倍频响应（≥1.0 × AgGaS₂）和宽带隙（≥3.0 eV）的三元含碱金属的硫属化合物，满足了优秀红外非线性光学材料的严格要求。

这种“一替多取代”策略在类金刚石结构演变中具有重要意义，并为获得新非线性光学材料提供了良好的机遇。

文章信息

Chen W. F., Jiang X. M., Pei S. M., et al. Ternary AGa₅S₈ (A = K, Rb, Cs): Promising infrared nonlinear optical materials rationally realized by “one-for-multiple substitution” strategy. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2181-1

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