Unbiased screening of deep-ultraviolet and mid-infrared nonlinear optical crystals: Long-neglected covalent and mixed-cation motifs

材料科学 紫外线 非线性光学 红外线的 共价键 非线性系统 光电子学 化学物理 光化学 光学 有机化学 量子力学 化学 物理
作者
Jizhang Wang,Meng Ye,Xiaomi Guo,Yang Li,Nianlong Zou,He Li,Zetao Zhang,Sibo Zhao,Zhiming Xu,Haowei Chen,Dezhao Wu,Ting Bao,Yong Xu,Wenhui Duan
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:8 (8) 被引量:3
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.8.085202
摘要

One of the most important nonlinear optical (NLO) effects is the second-harmonic generation (SHG), and crystals with strong SHG effects are called NLO crystals. The traditional anion group theory has guided the early discovery of NLO crystals, but the variety of NLO-active motifs discovered so far is limited. In this study, material-type unbiased high-throughput first-principles calculations are performed to screen thousands of materials in a materials database for NLO crystals at target frequencies. The electronic, linear, and nonlinear optical properties of these materials are calculated. Among them, 40 NLO crystals suitable for mid-infrared (MIR) frequencies and 5 for deep-ultraviolet (DUV) frequencies are identified, from 229 materials to which scissors correction is applied. As an extension, several NLO-active motifs that dominate the SHG response are identified, and they all show good transferability among similar materials. Furthermore, for materials where scissors correction cannot be applied due to the lack of accurate bandgap value in the database, a recommendation list of NLO crystals based on the scaling law of bandgap and SHG susceptibility is presented. The discovery of new NLO crystals and NLO-active motifs beyond traditional methods will greatly accelerate the applications of NLO crystals at DUV and MIR frequencies and enrich our understanding in the search and design of new NLO crystals.
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