Kryształy optyczne nieliniowe (IRNLO) w podczerwieni służą jako kluczowe elementy konwersji częstotliwości laserowej i odgrywają istotną rolę w laserach solidowych. Obecnie dostępne w handlu kryształy IRNLO obejmują głównie związki typu chalkopirytu, takie jak Aggas₂, Aggase₂ i Zngep₂. Jednak ze względu na ich wewnętrzne ograniczenia wydajności materiały te nie mogą już w pełni sprostać rosnącym wymaganiom technologii laserowej w podczerwieni. Istnieje pilna potrzeba przebicia ograniczeń istniejących materiałów i opracowania nowatorskich materiałów IRNLO o wysokiej wydajności.
Niedawno naukowcy z Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, przeprowadzili systematyczną analizę początków wydajności istniejących materiałów Irnlo. Zaproponowali strategię projektowania strukturalnego obejmującą synergiczne montaż korzystnych jednostek funkcjonalnych w celu budowy nowych materiałów IRNLO. Korzystając z rodziny AⅱBⅱCⅳQⅵ₄ jako szablonu, z powodzeniem modulowali nieliniowe efekty optyczne Bandgap i drugiego rzędu w związkach selenidów, co prowadzi do odkrycia dwóch nowych materiałów Irnlo o długiej zawodach: srcdsisise₄ i bacdSiseS₄.
Te dwa związki wykazują silne nieliniowe odpowiedzi optyczne drugiego rzędu, mierząc 2,1 do 2,7 razy większe niż w przypadku Aggas₂, podczas gdy ich pasma (2,67–2,78 eV) klasyfikują je jako półprzewodniki z szerokim pasmem. Ich progi uszkodzeń laserowych są czterokrotnie wyższe niż w przypadku komercyjnego Aggas₂, co czyni je obiecującymi kandydatami do wydajnego generowania lasera podczerwieni o dużej mocy. W szczególności Srcdsise₄ jest zgodnym związkiem topniejącym o korzystnych cechach wzrostu kryształów, ułatwiając wzrost dużych pojedynczych kryształów do praktycznych zastosowań.
Zarówno wyniki eksperymentalne, jak i obliczeniowe wskazują, że wybitne kompleksowe wydajność srcdsise₄ i bacdsise₄ wynika przede wszystkim z synergistycznego montażu korzystnych jednostek funkcjonalnych, w tym [aⅱse₈], [cdse₄] i [sise₄].
Powiązane wyniki badań zostały opublikowane w zaawansowanych materiałach funkcjonalnych. Prace te były wspierane przez strategiczny program badań priorytetowych Chin Academy of Sciences, National Natural Science Foundation of China i Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region.