ผลึกแสงแบบไม่เชิงเส้นอินฟราเรด (NLOCs) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับการแปลงความถี่เลเซอร์ มีการใช้งานที่สำคัญในเลเซอร์โซลิดสเตตทั้งหมด ผลึกแสงแบบไม่เชิงเส้น IR เชิงพาณิชย์ในปัจจุบันส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบประเภทคาลโคไพไรต์ที่ประกอบด้วยกลุ่มเตตราฮีดรัล เช่น AgGaS2 (AGS), AgGaSe2 และ ZnGeP2 (ZGP) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อบกพร่องด้านประสิทธิภาพที่แท้จริง วัสดุเหล่านี้จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์อินฟราเรดในปัจจุบันได้อย่างเต็มที่อีกต่อไป ดังนั้นจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนในการออกแบบวัสดุแสงอินฟราเรดแบบไม่เชิงเส้นใหม่โดยใช้ลวดลายใหม่หรือกลยุทธ์ใหม่เพื่อทลายข้อจำกัดของคุณสมบัติของวัสดุที่มีอยู่ และรับวัสดุแสงอินฟราเรดแบบไม่เชิงเส้นประสิทธิภาพสูงใหม่พร้อมโครงสร้างใหม่
ศูนย์วิจัยวัสดุคริสตัลของสถาบันเทคโนโลยีกายภาพและเคมีซินเจียง สถาบันวิทยาศาสตร์จีน ทุ่มเทให้กับการวิจัยคริสตัลเชิงฟังก์ชันออปโตอิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่ การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าปรอทมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งเอื้อต่อการก่อตัวของไอออน Hg ที่มีโพลาไรซ์สูง2+ ส่งผลให้เกิดการตอบสนองทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกัน Hg มีรูปแบบการประสานงานมากมายและสามารถสร้าง [HgSe2] เชิงเส้น [HgSe3] และทรงกรวยสามเหลี่ยม [HgQ4] (Q=S, Se) อนุมูลที่ไม่เป็นเชิงเส้นในกระบวนการสร้างพันธะกับธาตุกำมะถัน เนื่องจากข้อจำกัดของกฎข้อที่ห้าของโบว์ลิ่ง (กฎการประหยัด) สารประกอบซัลเฟอร์ที่มี Hg สังเคราะห์ไว้ล่วงหน้าส่วนใหญ่จึงมีเพียงโมทีฟปฏิกิริยาแบบไม่เชิงเส้นเพียงตัวเดียว และสารประกอบที่ประกอบด้วย [HgQ4] เตตราเฮดรามีความโดดเด่น ซึ่งจำกัดสารเคมีและโครงสร้าง ความหลากหลายของสารประกอบที่มี Hg จากการวิจัยก่อนหน้านี้ ทีมวิจัยที่นำโดยนักวิจัย Pan Shilie และนักวิจัย Li Junjie จาก Crystal Materials Research Center ของ Xinjiang Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences ได้เสนอกลยุทธ์การออกแบบ "สามในหนึ่งเดียว" ใน ระบบของสารประกอบซัลเฟอร์ที่มี Hg เป็นส่วนประกอบหลัก กล่าวคือ แอนไอโซโทรปีของ ［HgQn] (n=2, 3, 4) ที่ไม่เป็นแบบแอคทีฟแบบไม่เชิงเส้นสามชนิดที่แตกต่างกันในความพยายามที่จะทำลายข้อจำกัดของ "การประหยัด" กฎ" ในสารประกอบเดี่ยว และสังเคราะห์วัสดุเชิงแสงอินฟราเรดแบบไม่เชิงเส้นที่มีปรอทเป็นส่วนประกอบแรก Hg7P2Se12 (HPSe) ซึ่งประกอบด้วย [HgSe2], [HgSe3] และ [HgSe4] ในเวลาเดียวกัน สารประกอบนี้แสดงการตอบสนองอ็อกเทฟลำดับที่สองขนาดใหญ่ (∼ 1 × AGS) ภายใต้แหล่งกำเนิดแสงสองไมโครเมตร และคริสตัลมีการตัดอินฟราเรดที่กว้าง (∼ 22.8 μm) และเกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์สูง (∼ 2 × AGS) แนะนำว่าการทำลาย "กฎการอนุรักษ์" และการเพิ่มความหลากหลายของกลุ่มเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับการออกแบบ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าการทำลายกฎการประหยัดและการเพิ่มความหลากหลายของกลุ่มเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการออกแบบวัสดุแสงแบบไม่เชิงเส้นอินฟราเรดใหม่ที่มีโครงสร้างใหม่และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ผลลัพธ์นี้จะสร้างแรงบันดาลใจให้นักวิจัยสำรวจวัสดุแสงอินฟราเรดแบบไม่เชิงเส้นใหม่ๆ มากขึ้นพร้อมประสิทธิภาพที่ครอบคลุมเป็นเลิศ
ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์เป็นฉบับเต็มใน Advanced Functional Materials โดย Wiley โดยมี Xinjiang Institute of Physics and Chemical Technology (XICT) เป็นหน่วยการเรียนรู้ที่สมบูรณ์แต่เพียงผู้เดียว Shiliu Pan และ Junjie Li เป็นผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง และเพื่อนนักศึกษาหลังปริญญาเอก Yu Chu และนักศึกษาปริญญาเอก Hongshan Wang ในฐานะผู้เขียนร่วมคนแรก งานวิจัยได้รับทุนจากโครงการ Talent Program ของ Chinese Academy of Sciences, National Natural Science Foundation of China และ Natural Science Foundation of Xinjiang Autonomous Region
รูปที่ 1 โครงสร้างและคุณสมบัติทางแสงของผลึก HPSe ( a ) รูปแบบ XRD ของผลึกเดี่ยว HPSe (รูปที่แทรกคือภาพถ่ายออปติคัลของ HPSe) (b) รูปแบบการส่งผ่าน IR ของผลึกเดี่ยว HPSe, AGS และ ZGP (รูปที่แทรกไว้คือภาพถ่ายออปติคัลของ HPSe, AGS และ ZGP) (c) ผลการเพิ่มเป็นสองเท่าของตัวอย่าง HPSe; (d) สเปกตรัมการส่งผ่านรังสียูวีของผลึกเดี่ยว HPSe; และ (e) การวิเคราะห์ทางสถิติแบบไม่เชิงเส้นของ selenide IR ทั่วไปของช่วงการส่งผ่านแสงของวัสดุแสง โดยที่สีน้ำเงินแสดงถึงพื้นที่ที่มีการส่งผ่านข้อมูลสูง
