מכון שינג'יאנג לטכנולוגיה פיזיקלית וכימית מתקדם במחקר על חומרים אופטיים לא ליניאריים עמידים בפני נזקי לייזר.

כמכשיר מפתח להמרת תדר לייזר, לגבישים אופטיים לא ליניאריים אינפרא אדום יש מגוון רחב של יישומים בלייזרים במצב מוצק. הגבישים האופטיים הלא-לינארים המסחריים הבינוניים והרחוקים כוללים בעיקר תרכובות כגון AgGaS2, AgGaSe2 ו-ZnGeP2 עם מבנים דמויי יהלום. עם זאת, בשל הפגמים המהותיים בביצועים שלהם, כגון סף נזק נמוך של לייזר וספיגת שני פוטונים הנגרמים על ידי פער פס נמוך, חומרים אלה אינם יכולים עוד לענות באופן מלא על הצרכים של פיתוח טכנולוגיית לייזר אינפרא אדום הנוכחי. קיים צורך דחוף לפתח חומרים אופטיים לא ליניאריים באינפרא אדום רחבים עם ביצועים מצוינים.
עם התמיכה הכספית של התוכנית הלאומית לכישרונות צעירים, הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין והקרן למדעי הטבע של האזור האוטונומי של שינג'יאנג, חוקרים במרכז המחקר לחומרי קריסטל של המכון לטכנולוגיה פיזיקלית וכימית של שינג'יאנג, האקדמיה הסינית למדעים תכננו וסינתזה שתי דוגמאות של חומרים אופטיים לא ליניאריים אינפרא אדום רחב פס, Rb2CdSi4S10 ו-Na3SiS3F, תוך שימוש במצעים סופר טטרהדרליים [Si4S10] ומצעים טטרהדרליים אניונים מעורבים [SiS3F]. פערי הפס של שתי התרכובות הללו הם 4.23 eV ו-4.75 eV, בהתאמה, כאשר ל-Rb2CdSi4S10 יש אפקט כפל מתון: 0.6 × AGS; סף הנזק הוא בערך 5 × AGS. התוצאות של חישובים תיאורטיים מראות שמטריצה ​​סופר-טטרהדרלית [Si4S10] ומטריצה ​​טטרהדרלית אניונית מעורבת [Si4S10] יכולה להגדיל ביעילות את פערי הפס של תרכובות גופרית. התוצאות מראות שמצע ה-[Si4S10] העל טטרהדרלי ומצע ה-[SiS3F] מעורב אניוני יכולים להגדיל ביעילות את פער הרצועות של תרכובות גופרית, מה שמספק התייחסות לתכנון של חומרים אופטיים אינפרא אדום לא ליניאריים של פער רחב פס רחב עמיד בפני נזק.
התוצאות פורסמו ב-Material Horizons (Mater. Horiz. 2023, 10, 619) ו-Advanced Optical Materials (Adv. Opt. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adom. 202300736.), בהתאמה. התוצאות מוצגות במאמרים הבאים. Jiazheng Zhou, Ph.D. סטודנט, הוא המחבר הראשון של שני מאמרים אלה, וג'ונג'י לי ושילי פאן הם המחברים המקבילים.