吳立明老師與陳玲老師 Angew. Chem. Int. Ed. 文章介紹結(jié)構(gòu)匹配度調(diào)控策略實現(xiàn)商用AGS材料性能大幅提升
紅外（IR）非線性光學材料（NLO）雖在長距離激光通訊、紅外對抗、光通訊及光電設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應用，但由于其數(shù)量匱乏，不能滿足日益增長的應用需求。目前只有三個商用材料，分別是AgGaS2 (AGS), AgGaSe2和ZnGeP2, 其中AGS性能最優(yōu)，品質(zhì)因子最大；但該材料帶隙較小（2.58 eV），激光損傷閾值低，器件壽命短。因此如何提升AGS的激光損傷閾值和綜合性能是該領(lǐng)域的一個難點和熱點，具有重要的科學意義和應用價值。
為提升AGS的帶隙和激光損傷閾值，前人嘗試通過等電荷，不含d電子的Li代替Ag，獲得了LiGaS2化合物。的確LGS帶隙明顯比AGS大，且激光損傷閾值有大幅提升。然而，由于兩者半徑的差異，LiGaS2晶體結(jié)構(gòu)從AGS的四方高對稱性降低到了正交的低對稱性結(jié)構(gòu)，這使得LGS的二階非線性系數(shù)大大降低（LGS-d36 = 5.8 pm V-1 vs AGS-d36 = 15.9 pm V-1）。
近日北京師范大學化學學院吳立明課題組、陳玲課題組首次通過部分Li取代Ag的方案合成得到了一系列化合物LixAg1-xGaS2(0 < x <1.0)，通過單晶數(shù)據(jù)的精確分析，他們發(fā)現(xiàn)Li摻雜化合物能在很大的組分范圍內(nèi)（0-0.6）保持AGS四方晶體結(jié)構(gòu)高對稱性，這打破了長期以來的常規(guī)認識。對保持高對稱性結(jié)構(gòu)中Li最大摻雜比例材料Li0.60Ag0.40GaS2的研究表明，該材料透過截止邊達到365 nm（比AGS的截止邊縮短了180 nm）、大幅拓寬了AGS材料的應用波段范圍；同時其激光損傷閾值得到大幅提升，達AGS的8.60倍。
進一步研究意外地發(fā)現(xiàn)Li0.60Ag0.40GaS2體系倍頻效應強度能達到AGS的1.10倍。通過深入結(jié)構(gòu)分析和第一性原理研究表明，Li離子對Ag離子的取代一方面能優(yōu)化費米能級周圍的能帶結(jié)構(gòu)，增大了材料帶隙；同時，Li原子的引入有效地降低了AGS結(jié)構(gòu)中密堆積硫原子的失配度（最大降低了30%）。由于位錯的不斷減小使得LixAg1-xGaS2結(jié)構(gòu)更接近高對稱性的ZnS型結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)匹配度的提升，Li0.60Ag0.40GaS2中陰離子基團間協(xié)調(diào)性增強，最終導致化合物的二階非線性光學系數(shù)增大。該研究首次實現(xiàn)商用非線性光學材料AGS材料二階倍頻系數(shù)和激光損傷閾值的同時增長，具有重要的意義，同時對其他相關(guān)材料體系的研發(fā)也有重要的啟示作用。
該工作近期被《德國應用化學》雜志Angewandte Chemie International Edition接收(Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201903976；Angew. Chem. 10.1002/ ange.201903976），（影響因子：12.102）并入選VIP文章（僅有5%的文章入選），被評價為“the work made a significant contribution to the improvement of IR NLO material field.”該研究被Angewandte Chemie旗下x-mol作為亮點推介。
北京師范大學化學學院作為唯一單位?；瘜W學院碩士生周慧敏為論文第一作者，化學學院博士生熊琳，作為第二作者。本研究申請發(fā)明專利一項201910127231.1，發(fā)明人：吳立明，周慧敏，陳玲；專利權(quán)人：北京師范大學。
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