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人工晶体学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (10): 1811-1822.DOI: 10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0157

• 研究论文 • 上一篇    下一篇

亚碲钼酸钾晶体的设计合成与二阶非线性光学性能研究

孔芳1(), 何天天1,2, 毛江高1()   

  1. 1.中国科学院福建物质结构研究所,功能晶体与器件全国重点实验室,福州 350108
    2.上海科技大学物质科学与技术学院,上海 201210
  • 收稿日期:2025-07-23 出版日期:2025-10-20 发布日期:2025-11-11
  • 通信作者: 毛江高,博士,研究员。E-mail:mjg@fjirsm.ac.cn
  • 作者简介:孔芳(1982—),女,安徽省人,博士,研究员。E-mail:kongfang@fjirsm.ac.cn
    孔 芳,中国科学院福建物质结构研究所研究员、博士生导师,长期致力于新型非线性光学晶体设计合成研究,主持国家自然科学基金面上项目、重大研究计划培育项目等。入选中国科学院青年创新促进会、中国科学院海西研究院“春苗计划”人才、福建物质结构研究所“百人计划”团队项目等,2024年获福建省杰出青年基金资助。
    毛江高,中国科学院福建物质结构研究所研究员、博士生导师。中国科学院福建物质结构研究所学术委员会委员。长期致力于非线性光学材料等研究,承担多项国家自然科学基金项目。担任J Solid State Chem顾问编委和Chinese J Struct Chem副主编。2008年获国家杰出青年科学基金资助,入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选,享受政府特殊津贴,获全国优秀科技工作者、中国化学会青年化学奖、福建省自然科学一等奖等多项科技奖励与荣誉称号。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(22475215);国家自然科学基金(22031009);福建省自然科学基金(2023J01216);福建省自然科学基金(2024J010039)

Potassium Molybdenum Tellurite Crystals: Design, Synthesis, and Second-Order Nonlinear Optical Properties

KONG Fang1(), HE Tiantian1,2, MAO Jianggao1()   

  1. 1. State Key Laboratory of Functional Crystals and Devices,Fujian Institute of Research on the Structure of Matter,Chinese Academy of Sciences,Fuzhou 350108,China
    2. School of Physical Science and Technology,ShanghaiTech University,Shanghai 201210,China
  • Received:2025-07-23 Online:2025-10-20 Published:2025-11-11

摘要: 利用水热合成法获得了首例亚碲钼酸钾非线性光学晶体K6H4(Mo3Te4O182(MoO6)(H2O)(KMTO),其结晶于极性的P3空间群,结构由[Mo3Te4O18]二维层构成,层间有畸变的MoO6八面体、钾离子和结晶水支撑。非线性光学测试结果表明,KMTO的粉末倍频强度约为KDP的3倍,且可实现相位匹配。变温单晶X射线衍射、高精度DSC、变温倍频强度等测试发现,KMTO在176 ℃左右发生了单晶到单晶的相变,相变前、后,基本骨架没有发生较大变化,但其结构对称性发生了根本性的转变,空间群由极性的P3转变为中心的P-3,倍频强度在相变过程中逐渐减弱直至消失。当用半径更大的铯离子取代KMTO中的钾离子时,由于层间空间位阻增大,MoO6八面体被移除,得到了新型亚碲钼酸化合物Cs2(Mo3Te4O18)(H2O)(P-1)。有趣的是,这三种结构(P3、P-3和P-1)的基本骨架都为[Mo3Te4O18]二维层,其结构对称性主要由层间基团的对称性决定。该工作不仅开发了首例亚碲钼酸钾非线性光学材料,还利用多种原位表征方法,研究了材料的构效关系,为新型二阶非线性光学晶体的设计合成提供实验参考。

关键词: 亚碲钼酸钾; 非线性光学晶体; 单晶到单晶转变; 孤对电子; d0过渡金属; 非中心对称; 构效关系

Abstract: New potassium molybdenum tellurite nonlinear optical crystal, K6H4(Mo3Te4O182(MoO6)(H2O) (KMTO) was synthesized by hydrothermal method. KMTO crystallizes in the polar P3 space group and is built from [Mo3Te4O18] two-dimensional layers that are separated by distorted MoO6 octahedra, K+ and lattice water. The compound exhibits a phase-matchable second-harmonic generation (SHG) intensity about three times that of KDP. Variable-temperature single-crystal X-ray diffraction, high-precision DSC and temperature-dependent SHG measurements reveal that KMTO undergoes single-crystal to single-crystal transition at approximately 176 ℃. During the phase transition, their basic framework have not significantly changed, but their structural symmetry have undergone a fundamental transformation and the space group changes from polar P3 to centrosymmetric P-3, resulting in loss of SHG activity. When the larger Cs+ is substituted for K+, increased steric hindrance between adjacent layers forces the MoO6 octahedra to be completely removed, yielding Cs2(Mo3Te4O18)(H2O) (P-1). Notably, all three structures (P3, P-3 and P-1) share the similar [Mo3Te4O18] two-dimensional layers; the macroscopic symmetry is dictated by the symmetry of the interlayer species. This work not only presents the first potassium molybdenum tellurite nonlinear optical material but also provides a comprehensive view of structure-property relationships through multiple in situ characterizations, offering experimental guidance for the rational design of new second-order NLO crystals.

Key words: potassium molybdenum tellurite; nonlinear optical crystal; single crystal to single crystal transition; lone-pair electrons; d0 transition metal; non-centrosymmetric; structure-property relationship

中图分类号: