研究人员通过电子密度实验揭示了 β-BaB2O4 的非线性光学机理
发布时间：2023-11-01 10:16:20 阅读数： 474
沿 c（a）和 a（b）方向观察 BBO 的结构框架。为清晰起见，（b）中省略了钡原子。资料来源：Advanced Optical Materials (2023)。DOI: 10.1002/adom.202301897
作为一种著名的硼酸盐体系紫外-近红外非线性光学（NLO）材料，β-BaB2O4（BBO）因其出色的 NLO 性能而具有广泛的应用前景。有必要进一步分析 BBO 的电子结构，以澄清 BBO 的二次谐波发生（SHG）机制和 NLO 功能基团的争议。
采用亚原子分辨率的 X 射线衍射可以直接研究晶体材料的电子密度（ED）。利用多极原子模型和分子中原子的量子理论（QTAIM），可以通过高质量高分辨率 X 射线衍射分析原子/原子轨道分辨的电子密度及其拓扑特征。BBO 的原子和宏观 SHG 系数可通过静电矩进行评估。
在发表于《先进光学材料》（Advanced Optical Materials）的一项研究中，中国科学院福建物质结构研究所郭国聪研究员领导的研究小组通过实验电子密度揭示了β-BaB2O4的非线性光学机制。
研究人员通过高分辨率 X 射线衍射研究了一种著名 NLO BBO 晶体的实验 ED。他们发现，[B3O6]3-图案主导着两个大的非零SHG张量，而钡原子则主要贡献于最小的一个，并且[B3O6]3-图案中末端O原子的原子SHG贡献远大于B原子和桥接O原子的贡献，从而澄清了其NLO响应机制的争议。
此外，他们还通过形变电子密度观察到 Ba-O 相互作用的弱共价行为。实验得出的 BBO SHG 系数与块状晶体的 SHG 系数非常吻合，为筛选高性能 NLO 材料提供了一种高效、低成本的方法，只需一个易于获得的微小晶体。
此外，研究人员还对电子结构进行了理论周期和分子密度泛函理论（DFT）计算，以便进行直观的比较。
这项研究提出了从静电矩评估 BBO 原子和宏观 SHG 系数的一般策略。
参考资料
Long‐Qi Yang et al, Nonlinear Optical Mechanism of β‐BaB2O4 Revealed by Experimental Electron Density, Advanced Optical Materials (2023). DOI: 10.1002/adom.202301897
