SrGaOS: メリライト由来の構造と広いバンドギャップを持つ非線形光学オキシスルフィド

SrGaOS: A Nonlinear Optical Oxysulfide with Melilite-Derived Structure and Wide Band Gap.

• Ruiqi Wang
• Yangwu Guo
• Xian Zhang
• Yi Xiao
• Jiyong Yao
• Fuqiang Huang

抄録

SrGaOSは、固体反応により新規な非線形光学オキシスルフィドであることを発見しました。この化合物は、斜方晶系の非対称空間群222(18番)で結晶化する。結晶構造はメリライト構造に由来し、Srカチオンが介在するアニオン性[式：本文参照]層からなる。アニオン性層は、[GaOS]四面体と[GaS]四面体がコーナーシェアリングまたはエッジシェアリングを介して構成されているが、典型的なメリライトはエッジシェアリングモードのみを特徴としている。電子陰性のO原子が存在するため、0.3-13.4μmの広い透明領域を持つ大きなバンドギャップ(3.9eV)を持ちます。また、波長2.09μmのレーザー照射下では、20〜41μmの粒径範囲でリファレンスAgGaS(AGS)の0.8倍の第2ハーモニック発生応答を示した。密度汎関数理論計算により、バンドエッジは主にGa-S結合軌道で構成されており、価電子帯の最大値付近ではO2pがほとんど参加していないことが示された。

SrGaOS, which is a novel nonlinear optical oxysulfide, was discovered via solid-state reaction. The compound crystallizes in noncentrosymmetric space group 222 (No. 18) of the orthorhombic system. The crystal structure is derived from the melilite structure and composed of anionic [Formula: see text] layers intercalated by Sr cations. The anionic layers are constructed by [GaOS] and [GaS] tetrahedra via either corner sharing or edge sharing, while typical melilite only features edge-sharing mode. Because of the existence of electronegative O atoms, it possesses a large band gap (3.9 eV) with a wide transparent region of 0.3-13.4 μm. It exhibits second-harmonic-generation response, which is 0.8 times that of the reference AgGaS (AGS) in the particle size range of 20-41 μm under laser irradiation at a wavelength of 2.09 μm laser. Density functional theory calculations indicate that the band edges are mainly composed of the Ga-S bond orbitals, with little participation of O 2p near the valence band maximum.