近日，福建物构所青促会会员罗敏(第九批会员)副研究员团队，首先发现了一种由极性共价[SO2(NH2)2]四面体组装而成的深紫外非线性光学晶体。

深紫外非线性光学晶体在固态深紫外激光器中扮演着非常重要的角色。在深紫外光刻、芯片制造、激光微加工等诸多前沿领域都有着较为深远的意义。然而，受制于许多非常严格的标准，深紫外非线性晶体的数量及种类非常匮乏。一种理想的深紫外非线性光学晶体不仅要有 短于200nm的截止波长，还要同时具有较大的倍频(SHG)效率（＞1倍KH2PO4(KDP)），足够大的双折射（＞0.06@1064nm）和易于生长。目前为止，仅有KBe2BO3F2 (KBBF)是唯一实用的深紫外非线性光学晶体，但其严重的分层习性成为其商业应用的瓶颈。因此，迫切需要开发新型深紫外非线性光学晶体材料。

近年来，因为共价四面体基团MO4(M=P，S，Si)具有较宽的带隙，有利于深紫外光的透过，以磷酸盐、硫酸盐和硅酸盐为代表的非π共轭体系已经成为深紫外非线性光学材料的一个研究热点。但受制于非极性MO4(M=P，S，Si)四面体基团高的对称性，传统的非π共轭体系材料往往存在倍频效率弱、双折射较小等问题。最近，研究人员发现高度不对称的极性四面体单元相比于传统非极性四面体来说，通常具有更大的带隙、超极化率以及极化各向异性，被认为是一种提高非π共轭非线性光学晶体倍频效应以及双折射率的有效方法，为新型深紫外非线性光学材料的结构设计和探索提供了一条新的思路。

本工作中，科研人员首先通过理论计算发现了一种优越的深紫外非线性光学基团，即极性[SO2(NH2)2]四面体，其拥有优异的极化率各向异性，大的超极化率和大的光学带隙。并进一步通过简单水溶液蒸发法生长了由该四面体组成的磺酰胺晶体，其深紫外截止波长为160nm。此外，受益于[SO2(NH2)2]四面体的优异性能及其有序排列，磺酰胺晶体展现了目前为止深紫外非π共轭体系中最强的倍频效应 (约4倍KDP)，最大的双折射(0.07@589.3nm)，以及最短的相位匹配波长（188nm）。因此，对于非π共轭的深紫外非线性光学材料来说，磺酰胺实现了组成、结构和性能之间关系的最佳平衡。这项工作不仅为深紫外非线性光学晶体提供了一种优异的候选材料，同时也成为了非π共轭非线性光学晶体发展中的一个里程碑。

相关研究结果以“Sulfamide: a Promising Deep-ultraviolet Nonlinear Optical Crystal Assembled from Polar Covalent [SO2(NH2)2] Tetrahedra”为题发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202200395）上。上述工作得到国家自然科学基金、福建省国家科学基金会、中科院青年创新促进会等项目的支持。