一系列具有優異性能的氟硼酸鹽深紫外非線性光學材料

　　基于第一性原理計算的結構最優搜尋為探索新型材料提供了有效手段。為縮短材料制備的研發周期，中國科學院新疆理化技術研究所新型光電功能晶體實驗室研發團隊建立了從材料軟件研發、材料基因篩選及預測、材料設計、第一性原理計算和結構預測到設計制備的材料集成研究系統。

　　研究所新型光電功能材料研發團隊開展無機深紫外非線性光學材料結構預測研究以來，在紫外/深紫外、中遠紅外非線性光學材料預測及設計方面取得了系列成果。包括到目前為止第一例達到了深紫外非線性光學材料初步評估要求的磷酸鹽α-YSc(PO₄)₂（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10726）、計算相位匹配波長可到深紫外區的NaBeBO₃深紫外非線性光學材料（Sci. Rep.2016, 6, 34839）、計算相位匹配波長達152 nm深紫外非線性光學材料γ-Be₂BO₃F（Inorg. Chem.2018, 57, 5716）、首例具有高的熱導率紅外非線性光學材料NaGaS₂(Inorg. Chem.2019, 58, 93)等。

　　近期，該團隊提出并首次在實驗上證明[BO_xF_4-x]基團為深紫外優勢基團，引入其可構建有利于產生大雙折射的結構，同時產生大的倍頻效應和短的紫外截止邊。遵循這一策略，研究人員設計合成了一系列具有優異性能的氟硼酸鹽深紫外非線性光學材料，包括NH₄B₄O₆F、CsB₄O₆F、RbB₄O₆F、CsKB₈O₁₂F₂、CsRbB₈O₁₂F₂、MB₅O₇F₃(M=Ca，Sr)等。在此基礎上，該團隊進一步設計組裝[BO_xF_4-x]基團，證明了由[BO_xF_4-x]基團組成的微觀基團在平衡“帶隙-倍頻效應-雙折射率”方面的優勢，以此設計并預測了分子式為BaB₂O₃F₂非線性光學材料（Chem. Mater. 2019, 31, 2807-2813），其中BaB₂O₃F₂-I被該團隊通過實驗證實。所有預測的結構均表現出大帶隙（8.1-9.0 eV），四個非中心結構的BaB₂O₃F₂含有與NH₄B₄O₆F等類似的層結構，倍頻效應均大于3倍KDP。特別是通過第一性原理計算發現，陰離子基團僅有BO₃F的BaB₂O₃F₂-IV和BaB₂O₃F₂-V倍頻效應高達4倍KDP，直接證明了BO₃F陰離子基團有利于產生大倍頻效應。

　　該系列研究成果發表在《化學材料》（Chem. Mater.,2019,31,2807）及《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.,2019,DOI: 10.1002/anie.201905558)，并被選為《化學材料》封面進行報道。該研究工作得到國家自然科學基金委、新疆維吾爾自治區創新團隊項目等的資助。