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K4Cd3Ge4O13: A Congruent-Melting Germanate Nonlinear Optical Crystal with a Moderate Second-Harmonic Generation Intensity and Broad Transparent Window
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-09-30 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c03610 Yujun Wang, Jing Chai, Jinmiao Jiao, Xianghao Kong, Tinghui Zhang, Ning Ye, Zhanggui Hu, Yicheng Wu, Conggang Li
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-09-30 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c03610 Yujun Wang, Jing Chai, Jinmiao Jiao, Xianghao Kong, Tinghui Zhang, Ning Ye, Zhanggui Hu, Yicheng Wu, Conggang Li
Mid-infrared (IR) nonlinear optical (NLO) materials have generated extensive research interest because of their crucial role in laser technology applications. Here, we report the synthesis of a novel cadmium germanate NLO crystal, K4Cd3Ge4O13, using spontaneous crystallization. K4Cd3Ge4O13 demonstrates a distinct three-dimensional structural framework characterized by twisted [Ge4O13] and [Cd3O10] clusters, composed of [GeO4], [CdO4], [CdO5], and [CdO6] basic building units, respectively, which represents an unprecedented structural feature. The title compound undergoes a desirable congruent melting behavior at about 727 °C. Notably, K4Cd3Ge4O13 demonstrates a short UV cutoff edge at 261 nm, coupled with a wide energy gap of 4.4 eV, and maintains an extended IR transparency window at around 6.0 μm. More importantly, it demonstrates a strong second-harmonic generation activity comparable to that of KH2PO4 (KDP) at 1064 nm. Theoretical analyses further elucidate that the remarkable optical performances of K4Cd3Ge4O13 are predominantly attributed to the cooperative effects of Ge–O and Cd–O bond-based motifs. These desired characteristics underscore the potential of K4Cd3Ge4O13 as a good candidate material for mid-IR NLO applications.
中文翻译:
K4Cd3Ge4O13: 一种同余熔融锗酸盐非线性光学晶体,具有适度的二次谐波产生强度和宽透明窗口
中红外 (IR) 非线性光学 (NLO) 材料因其在激光技术应用中的关键作用而引起了广泛的研究兴趣。在这里,我们报道了使用自发结晶合成一种新型锗酸镉 NLO 晶体 K4Cd3Ge4O13。K4Cd3Ge4O13 展示了一个独特的三维结构框架,其特征是扭曲的 [Ge4O13] 和 [Cd3O10] 集群,分别由 [GeO4]、[CdO4]、[CdO5] 和 [CdO6] 基本建筑单元组成,代表了前所未有的结构特征。标题化合物在大约 727 °C 时发生理想的一致熔融行为。 值得注意的是,K4Cd3Ge4O13 在 261 nm 处表现出较短的紫外截止边缘,再加上 4.4 eV 的宽能隙,并在 6.0 μm 左右保持扩展的红外透明窗口。更重要的是,它在 1064 nm 处表现出与 KH2PO4 (KDP) 相当的强二次谐波产生活性。理论分析进一步阐明,K4Cd3Ge4O13 的显着光学性能主要归因于 Ge-O 和 Cd-O 键基序的协同效应。这些理想的特性强调了 K4Cd3Ge4O13 作为中红外 NLO 应用的良好候选材料的潜力。
更新日期:2024-09-30
中文翻译:
K4Cd3Ge4O13: 一种同余熔融锗酸盐非线性光学晶体,具有适度的二次谐波产生强度和宽透明窗口
中红外 (IR) 非线性光学 (NLO) 材料因其在激光技术应用中的关键作用而引起了广泛的研究兴趣。在这里,我们报道了使用自发结晶合成一种新型锗酸镉 NLO 晶体 K4Cd3Ge4O13。K4Cd3Ge4O13 展示了一个独特的三维结构框架,其特征是扭曲的 [Ge4O13] 和 [Cd3O10] 集群,分别由 [GeO4]、[CdO4]、[CdO5] 和 [CdO6] 基本建筑单元组成,代表了前所未有的结构特征。标题化合物在大约 727 °C 时发生理想的一致熔融行为。 值得注意的是,K4Cd3Ge4O13 在 261 nm 处表现出较短的紫外截止边缘,再加上 4.4 eV 的宽能隙,并在 6.0 μm 左右保持扩展的红外透明窗口。更重要的是,它在 1064 nm 处表现出与 KH2PO4 (KDP) 相当的强二次谐波产生活性。理论分析进一步阐明,K4Cd3Ge4O13 的显着光学性能主要归因于 Ge-O 和 Cd-O 键基序的协同效应。这些理想的特性强调了 K4Cd3Ge4O13 作为中红外 NLO 应用的良好候选材料的潜力。