Пересекающиеся компланарные группы [CO3] со стабилизированными межслоевыми связями, обеспечивающие сопоставимый отклик генерации второй гармоники, наибольшую ширину запрещённой зоны и подходящее двулучепреломление в кристалле YCO4H

Редкоземельный гидроксикарбонатный нелинейно-оптический кристалл глубокого ультрафиолетового диапазона (DUV NLO) YCO4H был успешно выращен гидротермальным методом. Кристалл YCO4H кристаллизуется в орторомбической нецентросимметричной пространственной группе P212121 и характеризуется трёхмерным каркасом, образованным искажёнными полиэдрами [YO9H2], соединёнными пересекающимися компланарными группами [CO3] с ван-дер-ваальсовыми гидроксильными взаимодействиями. Такая структура эффективно подавляет слоистый характер роста и способствует формированию крупных монокристаллов. По сравнению с типичными карбонатными DUV NLO-кристаллами, такими как соединения серии ABCO3F, NaZnCO3(OH) и LiZnCO3(OH), YCO4H обладает улучшенными совокупными характеристиками. Интенсивность генерации второй гармоники (SHG) порошка при облучении лазером с длиной волны 1064 нм, определённая методом Куртца—Перри, достигает приблизительно 1,6 интенсивности KDP, что согласуется с расчётом тензора SHG: значение d14 составляет 0,68–0,99 пм/В при использовании различных операторов scissors. По сравнению с типичными карбонатами серии ABCO3F отклик SHG для YCO4H выше, чем для RbCaCO3F и CsCaCO3F (1,11 × KDP), но ниже, чем для KSrCO3F, RbSrCO3F и KCaCO3F (3,33–3,61 × KDP). В целом эффективность SHG находится в умеренном диапазоне, характерном для известных карбонатных NLO-кристаллов, обеспечивая хороший баланс между откликом SHG и другими ключевыми свойствами. Термический анализ подтверждает превосходную термическую стабильность YCO4H до 700 K. Расчёты из первых принципов показывают, что YCO4H обладает рекордно широкой запрещённой зоной 7,86 эВ (158 нм) среди известных карбонатных NLO-кристаллов, значительно превышающей ширину зон для серии ABCO3F (6,27–6,62 эВ), NaZnCO3(OH) (~6,2 эВ) и LiZnCO3(OH) (>6,53 эВ). Кроме того, YCO4H характеризуется подходящим двулучепреломлением 0,064 при 1064 нм; это умеренное значение, находящееся в благоприятном диапазоне для DUV NLO-кристаллов (0,06–0,12). По сравнению с серией ABCO3F (0,034–0,116 при 1064 нм) оно ниже, чем у большинства соединений с высоким двулучепреломлением, например RbCaCO3F (0,116), KCaCO3F (0,112) и KSrCO3F (0,105), но значительно выше, чем у соединений с низким двулучепреломлением, например...