近日，晶體材料全國重點實驗室路大治教授、于浩海教授研究團隊在硅酸鎵鑭族氧化物非線性光學晶體研究中取得新進展。相關研究以“La3ZrGa5O14: Band-Inversion Strategy in Topology-Protected Octahedron for Large Nonlinear Response and Wide Bandgap” 為題發表在Angewandte Chemie International Edition。于浩海教授為該論文的通訊作者，路大治教授為第一作者，山東大學為第一完成單位。
 

能帶反轉策略實現激光損傷閾值(LDT)和非線性響應(SHG)的協同提升
 

　　中波紅外激光處于大氣透射窗口且與多種分子振動頻率對應，在光電對抗、環境監測等領域有重要需求，用以變頻和放大的非線性光學晶體是中波紅外激光發展的關鍵材料之一。通常，氧化物晶體由于多聲子吸收效應較強，其透過范圍往往難以突破5微米及以上波長，而半導體晶體的窄帶隙又使其激光損傷閾值一般較低，難以支撐中波紅外激光的功率攀升。同時，相關研究還受禁帶寬度與非線性系數間本征倒置關系的制約，因此，兼具高激光損傷閾值、大非線性光學系數的中波紅外非線性晶體一直是本領域的研究熱點和難點。
 

　　該研究團隊長期從事激光與非線性光學晶體研究，近年來，從聲子角度入手，建立了中波紅外氧化物晶體的設計原則，國際首次發現鈮酸鎵鑭族晶體兼具高激光損傷閾值、大非線性光學系數和寬透過的特點，發展了該類晶體大尺寸生長技術，獲得國際最大尺寸光學晶體，設計了非線性光學器件并實用。在此基礎上，本文創新性地提出了以拓撲對稱保護的氧八面體來提供電子能帶反轉的設計策略，將活性的4d電子軌道轉移到導帶底部，獲得了一種綜合性能優秀的非線性光學晶體La3ZrGa5O14(LGZr)，協同提升了其激光損傷閾值和非線性響應，是已發現的該族晶體中具有最強非線性響應、最寬帶隙和最高激光損傷閾值的材料，相關研究為中波紅外氧化物非線性晶體設計提供了新范式，且在中波紅外超快超強激光的放大和頻率變換等重大工程中有重要的應用潛力。
 

　　相關工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、泰山學者攀登計劃、山東省重點研發計劃、山東省自然科學基金、晶體材料全國重點實驗室的大力支持。