具有金属间相互作用功能基元的晶态材料非线性光学性能的第一原理计算

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
91122015
项目类别：
重大研究计划
资助金额：
50.0万
负责人：
吴克琛
依托单位：
中国科学院福建物质结构研究所
学科分类：
B0307.化学反应机制
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
韦永勤；马祖驹；郑文旭；吴文涛；何超；肖雪英；
关键词：
功能基元非线性光学材料红外光学性质结构与性能关系第一性原理计算

项目摘要

本申请项目旨在功能基元理论的指导下，应用分子工程学和晶体材料密度泛函理论计算方法，在含有金属间相互作用功能基元的晶态材料中探索新型红外非线性光学材料。着重研究功能基元内金属间成键特性以及相关联的红外光学透过和二阶非线性光学系数；认识与理解含有金属间相互作用功能基元的结构和功能基元间的长程相互作用与晶体宏观非线性光学性质的构效关系。在多尺度多层次计算材料学水平上，调控和优化功能基元及晶体非线性光学性能，指导红外非线性晶态材料的研制。项目将围绕本重大研究计划的核心科学目标展开，立足于已有的理论化学、计算材料学和材料物理等研究基础，为实现新型红外非线性光学晶态材料的结构设计与可控制备提供创新的理论计算方法和思想源泉。本申请项目将完成有特色的基础研究工作，在核心学术刊物上（SCI收录）发表研究论文15篇以上，包括高影响因子论文；申请发明专利2项，培养多名能在交叉学科领域工作的青年人才。

结项摘要

非线性光学晶体材料作为应用广泛的光电子技术重要和关键的基础材料，在信息、能源、医疗、国防等高技术领域有重大的应用价值。含有过渡金属或稀土元素的化合物晶体作为中远红外非线性倍频材料新的探索领域，已引起了国内外广泛的重视和研究兴趣，成为目前探索新型红外非线性倍频材料很有希望的研究领域。本课题立足于晶态功能材料计算模拟研究，围绕功能导向晶态材料设计这一重大研究计划的核心科学问题，开展具有金属间相互作用基元的材料非线性光学性质的基础研究和新功能材料探索研究。依据“功能基元理论”思想，在量子化学、结构化学和功能材料的结合点，应用第一性原理密度泛函理论计算方法，深入研究具有金属间相互作用功能基元的晶态的结构设计和性能调控，探索该类材料的非线性光学效应的微观起源与本质；总结提出了关于含有金属间相互作用功能基元的晶态材料二阶非线性光学响应机制的理论观点；为模拟与设计新型红外非线性光学晶体材料提供理论基础和创新思想。本项目还开展一系列晶体材料的红外非线性光学性质的计算模拟与性能预测研究。本项目按计划顺利执行并已完成。取得了一些有影响力的研究结果。由于目前在红外非线性光学材料的探索方面存在非线性光学响应与光学透过（或光损伤阈值）之间权衡性的矛盾，给发现实用的中远红外非线性光学材料带来困难。本项目提出在具有金属间相互作用功能基元的晶态材料中，通过设计和调控功能基元的金属间相互作用及基元之间的长程排布，可以将非线性光学响应与材料的光学透过性能在不同的结构片段上实现，从而有可能分开调控两种性能的科学思想。与该结果类似的基础性研究在国内外报道都很少，我们的结果具有一定的原始创新性。本项目通过计算模拟研究，预言二元金属碘化物材料HgI2晶体具有潜在的良好的红外非线性光学性能；本项目通过计算发现，钠砷硒晶体是一种兼具多种功能的红外非线性光学材料。经过项目组全体成员的努力，本项目取得了良好结果，达到了项目计划书的预期目标。在项目执行期间在国内外核心学术刊物上共发表SCI收录并标注基金项目资助的研究论文15篇，完成了项目计划预期目标；并有学术会议论文4篇。2013年招聘青年研究人员（助理研究员）1名，2012-2014年培养毕业博士研究生3名、硕士研究生3名，2013年出站在职博士后1名，2013年进站在职博士后1名。