近日，中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心通过引入具有大极化率各向异性的As–As同原子键来消除As原子上的非键电子对，在A^II-B^III-C^IV-As体系中，成功设计并合成出首例经实验验证的四元砷化物非线性光学材料SrGa₃Si₄As₁₁。相关成果发表于《德国应用化学》。

据悉，红外非线性光学晶体是全固态激光器的核心器件。当前商用晶体主要包括黄铜矿型AgGaS₂ (AGS)、AgGaSe₂ (AGSe)及ZnGeP₂ (ZGP)等。这些材料系上世纪八十年代由国外发明。近年来，随着激光技术飞速发展，上述晶体由于本征的性能缺陷，已无法完全满足当前应用的需求。因此，亟需突破现有材料限制，开发综合性能优异的新型红外非线性光学晶体，满足高效、高功率全固态激光技术的需求。

砷化物由于具有极强的二阶非线性光学响应和高热导率，被认为是长波红外非线性光学材料的理想候选体系。但相关化合物合成极为困难，数量远少于硫属化合物和磷化物；更为严峻的是，砷化物本征的窄带隙（通常小于1.0 eV）会导致严重的泵浦光强吸收问题，这长期制约了其实际应用。因此，如何突破砷化物带隙限制，设计出综合性能优异的新材料是当前该领域亟待解决的核心难题。

研究团队合成的化合物结晶于P6₃空间群，呈现出由[SrAs₉]多面体、[GaAs₄]和[SiAs₄]四面体以及独特的As–As键构成的三维框架。As–As键的引入实现了“一石多鸟”的性能突破，同时增强了非线性光学响应、带隙和双折射率，使其表现出优异的综合性能：强的相位匹配二阶倍频响应（~1.6 × ZGP，约为AGS的8.0倍）、宽的砷化物带隙（~1.59 eV）、高的激光损伤阈值（约为ZGP的1.5倍）以及大的双折射率（0.10@2090 nm）。这一成果不仅丰富了砷化物的结构多样性，并确立了“包含同原子键合砷化合物”作为开发高性能长波红外非线性光学材料的新兴体系。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1002/anie.8887289Digital Object Identifier