深紫外晶體材料中國再次領(lǐng)先

　　深紫外激光由于波長短、能進行更高精度加工的優(yōu)點，在半導(dǎo)體光刻、激光光電子能譜儀和激光切割上具有重要的應(yīng)用。目前，KBe2BO3F2(KBBF)是唯一能實際輸出深紫外激光的非線性光學(xué)(NLO)晶體，但是，KBBF含劇毒鈹元素且其晶體層狀生長習性嚴重，因此，急需探索新型深紫外NLO晶體材料。

　　福建物構(gòu)所中科院光電材料化學(xué)與物理重點實驗室羅軍華課題組在國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金和趙三根副研究員主持的海西研究院“春苗”人才專項等項目資助下，基于元素周期表的對角線規(guī)則，利用Al3+取代有毒的Be2+，設(shè)計合成了一種新型無鈹深紫外NLO材料Rb3Al3B3O10F(RABF)。RABF繼承了KBBF晶體的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)中[Al3(BO3)OF]∞平面層繼承了KBBF晶體中[BO3]3-非線性基元的高度取向一致排列方式，從而基本保留了KBBF良好的光學(xué)性能。實驗結(jié)果顯示，RABF的透過范圍達到了深紫外區(qū);在1064 nm波長激光照射下，其粉末倍頻效應(yīng)(1.2 × KDP)與KBBF相當，并且可以實現(xiàn)相位匹配。同時，RABF中[Al3(BO3)OF]∞平面層之間通過鍵合力強的Al-F和Al-O鍵緊密連接，計算表明其層間作用力比KBBF的(K-F離子鍵)提高了約一個數(shù)量級(≥ 9.5 × KBBF)，從而使得RABF晶體極大地克服了KBBF的層狀生長習性。該課題組與中科院理化所林哲帥研究員合作，對其光學(xué)性質(zhì)作了第一性原理理論計算，其結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相吻合。相關(guān)研究成果發(fā)表在了美國化學(xué)會志(J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137， 2207-2210)上，并申請了中國發(fā)明專利。該研究結(jié)果將促進無鈹深紫外非線性光學(xué)晶體材料的發(fā)展。