红外非线性光学晶体作为激光频率转换的关键器件，在全固态激光器中具有重要的应用。当前商用的红外非线性光学晶体主要包括黄铜矿型化合物如AgGaS₂ (AGS)， AgGaSe₂和ZnGeP₂ (ZGP)等。然而，由于各自本征的性能缺陷，这些材料已不能完全满足当前长波红外激光技术发展的需求，亟需突破现有材料性能的限制，发展高性能新型长波红外非线性光学材料。

中国科学院新疆理化技术研究所晶体研究中心一直致力于新型红外非线性光学晶体的研究。基于对红外非线性光学材料性能来源的分析，新疆理化所科研人员提出协同组装优势基元构建新型红外非线性光学材料的结构设计思路，通过耦合八面体及四面体基元，首次发现了A^IB^II₆C^III₆Q^VI₁₆家族硫属化合物。在上述工作的基础上，利用该家族化合物中八面体及四面体组成的风车状阴离子框架的孔道限阈效应，在A^I_0.5B^II₃C^III₃Q^VI₈家族成功合成出11例新的化合物，实现了该家族化合物带隙、二阶非线性光学效应及荧光性能的有效调控。其中，Sn_0.5Mg₃Ga₃S₈具备发光（396nm激发，发光范围约420-870nm）和非线性光学响应（二阶倍频响应：1.5 × AgGaS₂；激光损伤阈值：3.0 × AgGaS₂）的双重功能特性。实验和计算的结果表明，Sn_0.5Mg₃Ga₃S₈中强的非线性光学效应主要归因于八面体及四面体基元协同组装诱导的非线性活性基元（[Sn^IIS₆]、 [GaS₄]）的有序排列。此外，该风车状框架结构表现出的基元可替代性主要归因于结构中共点及共线的连接模式；而该结构的稳定性则主要来自于框架中共存的共面连接模式。这一结果将激励科研人员利用 “共点共线共面三合一”策略设计“刚柔相济”的结构框架及探索更多性能优异的新型光电功能材料。

相关研究成果以全文形式发表在Advanced Functional Materials（Adv.Funct. Mater.2025 ，DOI: 10.1002/adfm.202515259）上。该研究工作得到中国科学院人才计划、中国科学院先导B类专项、国家自然科学基金及新疆维吾尔自治区自然科学基金等项目的资助。

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图1. 基于风车状阴离子框架的限阈效应设计Sn(II) 双功能材料