Recentemente, uma equipe de pesquisa do Instituto de Física e Química de Xinjiang, da Academia Chinesa de Ciências, sintetizou com sucesso uma série de cristais ópticos não lineares de fluoroborato de metal alcalino de alto desempenho, propondo uma nova estratégia de design estrutural baseada na montagem sinérgica de poliedros fluorados e grupos B-O planares. Os resultados da pesquisa foram publicados no periódico internacionalmente renomado Advanced Functional Materials.
A pesquisa visa solucionar o gargalo de design dos cristais ópticos não lineares — um material essencial para lasers de estado sólido no ultravioleta profundo. Cristais ideais para ultravioleta profundo devem satisfazer simultaneamente alta duplicação de frequência, birrefringência moderada e uma ampla faixa de transmissão, características que os materiais de borato tradicionais têm dificuldade em alcançar. Em particular, materiais para ultravioleta profundo com unidades poliméricas [BO3]3- em forma de cadeia são extremamente raros, e alcançar o arranjo ordenado de unidades funcionais é fundamental para superar as limitações de desempenho. A equipe utilizou de forma inovadora o efeito de "cisalhamento" e a capacidade de polimerização direcional de poliedros fluorados para controlar a orientação de unidades planares B-O, construindo uma nova estrutura contendo cadeias unidimensionais [BO2]. Nessa estrutura, tetraedros [BO3F]4 e unidades poliméricas [BO3]3- em forma de cadeia se auto-organizam sinergicamente para formar uma arquitetura bidimensional em camadas [B4O6F] disposta paralelamente.
Os cristais das séries KABF, RABF e CAB sintetizados com base nessa estratégia exibem uma série de indicadores de desempenho superiores: seu efeito de duplicação de frequência atinge 1,6 a 1,7 vezes o do KDP (no comprimento de onda de 1064 nm) e 0,4 a 0,5 vezes o do BBO (no comprimento de onda de 532 nm). Simultaneamente, os cristais atingem comprimentos de onda de casamento de fase do Tipo I tão baixos quanto 161,5-168,6 nm, com limites de corte ultravioleta todos abaixo de 190 nm, atendendo aos requisitos para emissão de laser ultravioleta profundo. Essa conquista não apenas supera os desafios da construção controlável de unidades [BO3]3- em forma de cadeia e da montagem de estruturas não centrossimétricas, mas também verifica a estabilidade e a diversidade de sistemas de materiais fluoroboratos por meio da modulação estrutural mediada por cátions.
Este trabalho não apenas fornece materiais candidatos promissores para cristais ópticos não lineares ultravioleta profundos, mas, mais importante, estabelece um paradigma de design universal para o efeito sinérgico de poliedros fluorados e unidades poliméricas [BO3]3-, abrindo um novo caminho para o desenvolvimento de materiais ópticos não lineares ultravioleta profundos de próxima geração, livres de berílio e de baixa toxicidade.
