Solid-State Nonlinear Optical Switch with the Widest Switching Temperature Range Owing to Its Continuously Tunable Tc

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作者
Chun-Ya Pan,Xinrui Yang,Lin Xiong,Zhong-Wei Lu,Bo-Yu Zhen,Xin Sui,Xue‐Bin Deng,Ling Chen,Li‐Ming Wu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (13): 6423-6431 被引量:79
标识
DOI:10.1021/jacs.0c01741
摘要

Interest on the nonlinear optical (NLO) switches that turn on/off the second-harmonic generation (SHG) triggered by the external stimulus (such as heat) have continuously grown, especially on the solid-state NLO switches showing superior stability, reversibility, and reproducibility. Herein, we discover (NH4)2PO3F, as an entirely new solid-state NLO switch showing outstanding switch contrast and reversibility as well as strong SHG intensity (1.1 × KH2PO4 (KDP)) and high laser-induced damage threshold (2.0 × KDP), undergoes a unique first-order phase transition that originates from a reversible hydrogen-bond rearrangement and needs to overcome an energy barrier. Accordingly, we put forward a strategy to continuously modify such an energy barrier by reducing the number of hydrogen bonds per unit cell via an isoelectronic replacement of NH4+ by K+ with a similar size yet incapability of providing any hydrogen bond. Consequently, Kx(NH4)2-xPO3F (x = 0-0.3) exhibiting excellent switching performance are obtained. Remarkably, Kx(NH4)2-xPO3F not only realizes a continuously tunable Tc spanning from 270 to 150 K, representing the widest NLO switching temperature range ever known but also indicates the first solid-state NLO switch example with continuous Tc. Intrinsically, such a Tc decline depends on the weakening degree of the hydrogen-bonding interactions in the unit cell. These new insights will shed useful light on the future material design and open new application possibilities.
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