理想的红外(IR)非线性光学(NLO)晶体必须具有较宽的透射率范围、令人印象深刻的激光诱导损伤阈值(LIDT)、足够的双折射率、大块单晶形态和物理化学稳定性等优点。

然而，在强NLO系数和宽带隙和高LIDT之间通常需要进行权衡，因此在单一材料中实现这两种特性具有挑战性。

近日，中国科学院福建物质结构研究所郭国聪研究员课题组报道了两种新型非中心对称硫属化物：M[M4Cl][Ga11S20](M=A/Ba,A=K,Rb)为优异的非线性光学晶体。

该研究于9月11日发表在《Small》杂志上。

M[M4Cl][Ga11S20](M=A/Ba,A=K,Rb)代表通过阳离子取代策略实现的第一个例子，产生具有类金刚石阴离子骨架的盐夹杂硫属化物。

研究人员过去认为典型的类金刚石硫属化物是红外非线性光学材料的有希望的候选者。然而，由于其带隙较窄，它们的LIDT常常受到限制。

在这项研究中，研究人员采用了一种非常规的阳离子取代策略，[[SZn4]S12+[S4Zn13]S24+11ZnS4=>MS12+[M4Cl]S24+11GaS4]，以创造了两种新型盐夹杂硫化物，M[M4Cl][Ga11S20](M=A/Ba,A=K,Rb)。正如预期的那样，在GaS4阴离子骨架中引入混合阳离子会产生宽带隙(3.04和3.01eV)并改善高LIDT(9.4和10.3×AgGaS2@1.06μm)。

此外，研究人员发现四面体GaS4单元的有序排列有利于强二次谐波产生强度(0.84和0.78×AgGaS2@2.9μm)。

这项研究是采用基于类金刚石结构的阳离子取代策略来创建高性能NLO材料的一个例子。