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手性杂化有机–无机金属卤化物(HOMHs)具有本征的非中心对称结构,为二阶非线性光学材料的构筑提供了理想的平台。通过使目标非线性光学频率与HOMHs的激发态激子能级匹配,可使其非线性光学效应得到有效增强。 然而,目前HOMHs的共振模式通常局限于自由激子或者自陷态激子能级共振,且共振比较低,这阻碍了HOMHs材料非线性光学性能的进一步提升。 最近,南开大学徐加良研究团队提出了一种新的共振模式,即利用HOMHs材料金属卤化物多面体到有机配体的电荷转移激子共振增强手性HOMHs的二阶非线性光学性能。
作者基于1-乙基吡啶(C7H10N+)鎓离子修饰的铅卤化物(C7H10N)PbBr3,通过变温荧光光谱和第一性原理计算,明确了发光中心的演变是由于从ES1到ES2不同激发态电子布局数的变化。当非线性光学泵浦频率与深层电荷转移激子能级(ES1)共振时,材料表现出显著增强的二次谐波产生(SHG),共振比达356,其SHG强度比相同条件下测得参比标样尿素和KDP的强度分别高出一个数量级和两个数量级,有效二阶非线性光学系数高达40.2 pm V-1,同时具有大的SHG线偏振比,以及高激光损伤阈值和光学稳定性。 该工作突出了配体在构建金属卤化物钙钛矿二阶非线性光学材料的重要作用,不仅作为结构因素可诱导非中心对称性,同时可提供电荷转移激子共振通道,以有效提高HOMHs材料二阶非线性光学系数。该研究为新型手性HOMHs非线性光学材料的设计开发及其在非线性光子器件的应用开发提供了新的思路。 论文信息 Boosted Second Harmonic Generation of a Chiral Hybrid Lead Halide Resonant to Charge Transfer Exciton from Metal Halide Octahedra to Ligand Puxin Cheng, Xiaodi Jia, Siqian Chai, Dr. Geng Li, Mingyang Xin, Junjie Guan, Xiao Han, Wenqing Han, Dr. Shuming Zeng, Dr. Yongshen Zheng, Prof. Jialiang Xu, Prof. Xian-He Bu 文章的第一作者是南开大学材料科学与工程学院博士研究生程璞昕,通讯作者为徐加良研究员。 Angewandte Chemie International Edition


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