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Balanced IR Nonlinear Optical Performance Achieved by Cation–Anion Module Cosubstitution in V-Based Salt-Inclusion Oxychalcogenides
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2024-12-03 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c02779 Mao-Yin Ran, Sheng-Hua Zhou, Bing-Xuan Li, Xin-Tao Wu, Hua Lin, Qi-Long Zhu
Chemistry of Materials ( IF 7.2 ) Pub Date : 2024-12-03 , DOI: 10.1021/acs.chemmater.4c02779 Mao-Yin Ran, Sheng-Hua Zhou, Bing-Xuan Li, Xin-Tao Wu, Hua Lin, Qi-Long Zhu
Oxychalcogenides have become notable contenders for infrared nonlinear optical (IR NLO) applications because of their diverse heteroanionic functional motifs. However, while the main group elements are well-explored for these motifs, transition elements have been less studied and lack high-performance materials. To address this gap, we investigated a series of noncentrosymmetric [Ba4(Ba6S)][(VOxS4–x)6] (space group: P63), the first V-based salt-inclusion oxychalcogenides demonstrating phase-matched IR-NLO properties. We achieved this by cation–anion module cosubstitution in the centrosymmetric structure of [Ba4(Ba6Cl2)][(VO4)6] (space group: P63/m). The novel [Ba4(Ba6S)][(VOxS4–x)6] features isolated heteroanionic [VOxS4–x]3– units, charge-balanced Ba2+ cations, and a one-dimensional cationic chain of [Ba6S]10+ octahedral units. Moreover, [Ba4(Ba6S)][(VO3S)6] exhibits notable properties including a high second-harmonic-generation intensity (1.33 × AgGaS2@2900 nm), a substantial laser-induced damage threshold (7.65 × AgGaS2), a broad IR cutoff edge (up to 11.2 μm), and significant birefringence for phase matching (Δn = 0.073@2900 nm). Structural analysis and DFT calculations demonstrate that the configuration of the [VO3S]3– units enhances NLO properties and increases structural anisotropy. Our findings suggest that V-based salt-inclusion oxychalcogenides are a promising class for IR-NLO applications and highlight cation–anion module cosubstitution as an effective approach for creating high-performance heteroanionic NLO crystals.
中文翻译:
通过在 V 基盐包合物中实现阳离子-阴离子模块共取代实现平衡的 IR 非线性光学性能
氧硫属化物因其多样化的异阴离子功能基序而成为红外非线性光学 (IR NLO) 应用的显着竞争者。然而,虽然这些基序的主要组元素得到了很好的探索,但过渡元素的研究较少,并且缺乏高性能材料。为了解决这一差距,我们研究了一系列非中心对称 [Ba4(Ba6S)][(VOxS4–x)6](空间群:P63),这是第一个基于 V 的盐夹杂物,表现出相位匹配的 IR-NLO 特性。我们通过在 [Ba4(Ba6Cl2)][(VO4)6](空间群:P63/m))的中心对称结构中阳离子-阴离子模块共取代来实现这一点。新颖的 [Ba4(Ba6S)][(VOxS4–x)6] 具有孤立的异阴离子 [VOxS4–x]3– 单元、电荷平衡的 Ba2+ 阳离子和 [Ba6S]10+ 八面体单元的一维阳离子链。此外,[Ba4(Ba6S)][(VO3S)6] 表现出显著的特性,包括高二次谐波产生强度 (1.33 × AgGaS2@2900 nm)、相当大的激光诱导损伤阈值 (7.65 × AgGaS2)、宽红外截止边缘(高达 11.2 μm)和显着的相位匹配双折射 (Δn = 0.073@2900 nm)。结构分析和 DFT 计算表明,[VO3S]3– 单元的构型增强了 NLO 特性并增加了结构各向异性。 我们的研究结果表明,V 基盐包涵杂硫系物是 IR-NLO 应用的一类很有前途的类别,并强调了阳离子-阴离子模块共取代是创建高性能异阴离子 NLO 晶体的有效方法。
更新日期:2024-12-03
中文翻译:
通过在 V 基盐包合物中实现阳离子-阴离子模块共取代实现平衡的 IR 非线性光学性能
氧硫属化物因其多样化的异阴离子功能基序而成为红外非线性光学 (IR NLO) 应用的显着竞争者。然而,虽然这些基序的主要组元素得到了很好的探索,但过渡元素的研究较少,并且缺乏高性能材料。为了解决这一差距,我们研究了一系列非中心对称 [Ba4(Ba6S)][(VOxS4–x)6](空间群:P63),这是第一个基于 V 的盐夹杂物,表现出相位匹配的 IR-NLO 特性。我们通过在 [Ba4(Ba6Cl2)][(VO4)6](空间群:P63/m))的中心对称结构中阳离子-阴离子模块共取代来实现这一点。新颖的 [Ba4(Ba6S)][(VOxS4–x)6] 具有孤立的异阴离子 [VOxS4–x]3– 单元、电荷平衡的 Ba2+ 阳离子和 [Ba6S]10+ 八面体单元的一维阳离子链。此外,[Ba4(Ba6S)][(VO3S)6] 表现出显著的特性,包括高二次谐波产生强度 (1.33 × AgGaS2@2900 nm)、相当大的激光诱导损伤阈值 (7.65 × AgGaS2)、宽红外截止边缘(高达 11.2 μm)和显着的相位匹配双折射 (Δn = 0.073@2900 nm)。结构分析和 DFT 计算表明,[VO3S]3– 单元的构型增强了 NLO 特性并增加了结构各向异性。 我们的研究结果表明,V 基盐包涵杂硫系物是 IR-NLO 应用的一类很有前途的类别,并强调了阳离子-阴离子模块共取代是创建高性能异阴离子 NLO 晶体的有效方法。