通过高温熔融的方法合成了三种新型亚碲酸焦磷酸复盐:K2(TeO)P2O7、Rb2(TeO)P2O7、Cs2(TeO)P2O7,并且在单晶衍射仪上确定
了他们的结构。上述三个目标化合物都是由[TeO5]四方锥和[PO4]四面体组成的2D层状结构。基于态密度泛函理论,根据第一性原理
理论计算可得三个化合物都有相当大的双折射系数,且分别为:K2(TeO)P2O7 (Δn=0.070), Rb2(TeO)P2O7 (Δn=0.090),
Cs2(TeO)P2O7 (Δn=0.060)。除此之外,K2(TeO)P2O7和Rb2(TeO)P2O7具有相对较小的倍频效应,都为0.1×KDP。差分电荷密度
表明在Te(Ⅳ)原子周围有立体化学活性的孤对电子,这对于化合物的光学性质有着至关重要的作用。重要的是,上述三个目标化合
物都有非常可观的热稳定性,分别为:602℃、609℃和568℃。
粉末倍频的的测试使用脉冲Q-开关Nd:YAG激光器,依据Kurtz-Perry法来测试,激光波长是1064nm。
化合物K2(TeO)P2O7和Rb2(TeO)P2O7的粉末倍频效应均为0.1×KDP,出现此种现象可归因于在化合物结构中TeO5基团几乎按照对
称的方向排列,因此在很大程度上削弱了它们的倍频效应。除此之外,由图1(b)可得,在化合物K2(TeO)P2O7和Rb2(TeO)P2O7中,
二次倍频效应的强度随着粒径的增大而增大,最终趋于平缓,根据Kurtz和Perry,这种曲线现象表明K2(TeO)P2O7和Rb2(TeO)P2O7
服从第一类相位匹配。
图1(a) 化合物K2(TeO)P2O7和Rb2(TeO)P2O7的SHG信号谱图;(b) 化合物K2(TeO)P2O7和Rb2(TeO)P2O7的相位匹配曲线
为了阐明光学性质和电子结构之间的关系,对带隙和态密度(DOS)进行了测试和计算,由于DFT的本质影响,实验测试结果稍微小
于计算的结果,并且发现三个化合物均为直接带隙。DOS数据表明A2(TeO)P2O7 (A=K,Rb,Cs)有相似的态密度。如图2所示,
K2(TeO)P2O7、Rb2(TeO)P2O7和Cs2(TeO)P2O7的价带(Valance band)区域在-10--5eV之间,且主要由K 3p,Rb 4p和Cs 5p轨
道起主要作用,且在这中间有一个非常尖锐的峰表明碱金属元素的强离子性能。价带(VB)顶部区域在-5-0eV之间,且只要由O 2p轨
道和Te 5p轨道组成。而导带(conduction band)接近于5eV,主要由Te 5p轨道来做贡献。差分电荷图表明在Te原子周围可以发现
叶瓣,表明Te原子上的孤对电子是立体活性的。
图2(a)、(b)和(c)分别为化合物K2(TeO)P2O7、Rb2(TeO)P2O7和Cs2(TeO)P2O7的电子结构谱图
作为非线性光学材料,非线性系数是一项重要的光学参数,它决定了材料的相位匹配的波长。通过第一性原理计算可得双折射的系数,
并且结果表明三个化合物都是负的双光轴晶体,在1064nm的激发光下Δn=nz-nx,其双折射系数分别为:0.070, 0.090和0.060,此数
据表明上述三个化合物的双折射系数大于已经报道的磷酸复盐晶体。
图3(a)、(b)和(c)分别为化合物K2(TeO)P2O7、Rb2(TeO)P2O7和Cs2(TeO)P2O7的双折射系数谱图
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