Achieving strong optical nonlinearity and wide bandgap of pnictides via ionic motif–driven directed assembly of covalent groups

共价键 离子键合 结构刚度 双折射 四面体 带隙 结晶学 二次谐波产生 空间组 化学 纳米技术 材料科学 光电子学 光学 物理 衍射 X射线晶体学 离子 量子力学 激光器 几何学 数学
作者
Lihua Gao,Jindong Chen,Xuemei Shi,Yan Xiao,Yinglei Han,Chensheng Lin,Huikang Jiang,Guangsai Yang,Guang Peng,Ning Ye
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (46): eadr2389-eadr2389 被引量:17
标识
DOI:10.1126/sciadv.adr2389
摘要

Noncentrosymmetric (NCS) pnictides are indispensable for nonlinear optics, ferroelectrics, magnetic Weyl electronics, etc., areas, yet their structure design remains a substantial challenge. By using asymmetric ionic unit–driven covalent groups orienting and rigidity-flexibility coupling dual strategy, we successfully design and synthesize four NCS pnictides: [Sr 4 Br] 2 [M II 3 Si 25 P 40 ] (M II = Mg, Cd) and [Ba 3 Br][M III Si 10 P 16 ] (M III = Ga, In), which exhibit strong second harmonic generation effects (5.2 to 7.5 × AgGaS 2 ), wide bandgaps (1.81 to 1.90 electron volts), and moderate birefringence (0.030 to 0.051). An unprecedented NCS structure-inducing mechanism analysis revealed that the (Sr 4 Br) and (Ba 4 Br) ionic units featuring the diamond-like electrostatic force field effectively break inversion symmetry and trigger uniform arrangement of the covalent tetrahedron groups. Furthermore, the nonlinear optical (NLO) properties and birefringence can be remarkably tuned by the secondary covalent building blocks (M II/III P 4 tetrahedra) with distinct bond flexibility providing a broader space for regulating the key parameters. This work might expand chemical space for exploiting high-performance pnictide NLO materials.
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