近日，中科院新疆理化所潘世烈研究员带领的光电功能晶体材料团队在爱思唯尔（elsevier）出版的国际知名化学期刊《配位化学评论》上，发表题为structure-property survey and computer-assisted screening of mid-infrared nonlinear optical chalcohalides（coord. chem. rev., 2020, 421, 213379-213399）的红外非线性光学材料高通量计算系列研究成果综述。中科院新疆理化所为第一完成单位，研究生高乐、黄君本为第一作者，杨志华研究员和潘世烈研究员为通讯作者。
红外非线性光学晶体在光电器件、资源勘探和长距离激光通讯等领域具有极其重要的应用，因此探索性能优异的新型红外非线性光学晶体材料已成为该领域的一个重要方向。当前，该领域面临的主要挑战之一是如何实现宽带隙和大倍频效应之间的平衡，中国科学院新疆理化技术研究所光电功能晶体材料潘世烈带领的团队致力于探索中远红外非线性光学材料。
光电功能晶体材料团队以红外非线性光学晶体材料为主题，分析了硫卤化物结构性能关系。和传统的硫化物（chalcogenides）比较，具有硫元素和卤素元素混合形成非中心配位环境的特征，这可以使得硫卤化物产生优异的中远红外非线性光学性能。最近，潘世烈和杨志华等研究人员利用第一性原理计算和高通量筛选，基于无机晶体结构数据库（inorganic crystal structure database, icsd），系统地分析了目前已知非中心对称硫卤化物结构与性能（带隙、倍频和双折率）之间的关系。发现，在硫卤化物中引入电负性较大的卤素元素可以拓宽材料的带隙以及由于配位多面体的畸变也有利于增加二次谐波效应，即就是硫-卤素的引入有利于平衡带隙和倍频。
经过研究人员的系统分析，发现当过度金属硫卤化物具有大畸变的不对称基本结构单元时，其表现出强的倍频效应。加合物型和路易斯酸加合物型硫卤化物含有新型环状基团，这使得它们具有大的双折射率。令人值得关注的是，该研究团队系统分析了碱金属硫卤化物它们的构效关系，发现碱金属硫卤化物同时具有宽的带隙和大的倍频效应。综上结果表明硫卤化物可以作为探索潜在应用红外非线性光学材料的体系，为探索红外非线性材料提出了设计方向和思路。
该研究工作获得国家自然科学基金、中科院等项目的支持。
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图1、本文涉及6类硫卤化合物。
图2、本文所涉及的硫卤化合物的带隙和倍频的分布。
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