背景
近年來，由于具有良好的二階非線性光學(xué)材料在電光和光電器件中的潛在應(yīng)用，人們對合成非線性光學(xué)材料非常感興趣。非線性光學(xué)(NLO)是當前研究的前沿，因為它為電信、信號處理和光互連等領(lǐng)域的新興技術(shù)提供了頻移、光調(diào)制、光開關(guān)、光邏輯和光存儲等關(guān)鍵功能。由于偶極性質(zhì)，氨基酸被認為具有很高的NLO應(yīng)用潛力。L-半胱氨酸在自然中普遍存在，其衍生物L(fēng)-半胱氨酸鹽酸鹽一水物為結(jié)晶狀，性質(zhì)較穩(wěn)定，且保留了氨基酸的偶極性質(zhì)，因此研究人員在探索它作為光學(xué)材料的應(yīng)用。
形成單晶
用慢蒸發(fā)法將L-半胱氨酸鹽酸鹽一水物在雙蒸餾水中溶解，形成單晶。用磁力攪拌器連續(xù)攪拌5小時，使溶液在整個體積上得到均勻的混合物。將制備的溶液過濾，在室溫下保持原狀。由于自發(fā)成核，獲得了具有良好透明度的微小種子晶體。其中，無缺陷晶種懸浮于母液中，在室溫下蒸發(fā)。在成核和生長過程完成后，由于單體在母溶液的種子晶體位置聚集，獲得了大尺寸的單晶。在35天的生長期內(nèi)可通過緩慢蒸發(fā)收獲晶體尺寸約為 20 × 11 × 8 mm3 的 L-半胱氨酸鹽酸鹽一水物單晶。
表征
V. Azeezaa 等人[1]采用慢蒸發(fā)法制備了L-半胱氨酸鹽酸鹽一水物單晶。單晶XRD和粉末XRD證實了晶格參數(shù)。紫外可見研究和紅外光譜研究揭示了該材料的透射范圍和官能團。帶隙值為 4.80 eV。計算了折射率、消光系數(shù)和磁化率等光學(xué)常數(shù)來分析其光學(xué)特性。維氏硬度試驗證實該材料屬于軟質(zhì)材料。TGA和DTA分析表明，該晶體的熱穩(wěn)定性可達108.7 ℃。測量了不同溫度和頻率下的介電常數(shù)和介電損耗。NLO研究證實了材料的SHG特性，發(fā)現(xiàn)它是KDP的1.25倍。由于該材料具有較好的光學(xué)和介電性能，因此表現(xiàn)出顯著的NLO行為。
G. Bhagavannarayana 等人[2]利用單向Sankaranarayanan-Ramasamy方法首次成功地生長出了一種長~ 60 mm，直徑20 mm的L-半胱氨酸鹽酸鹽一水物單晶，并通過觀察二次諧波產(chǎn)生(SHG)發(fā)現(xiàn)它是一種非線性光學(xué)材料。晶體結(jié)構(gòu)通過單晶和粉末x射線衍射分析得到了證實。利用傅里葉變換-拉曼技術(shù)對其振動模式和官能團進行了研究。生長出來的晶體被發(fā)現(xiàn)是高度透明的。用高分辨率x射線衍射法對晶體的完美性進行了評價，發(fā)現(xiàn)生長的晶體不存在結(jié)構(gòu)晶界等宏觀缺陷。相對SHG效率和激光損傷閾值分別是磷酸二氫鉀晶體的1.2 倍和5.5倍。在100 Hz至5 MHz的寬頻率范圍內(nèi)，用阻抗分析儀測量了介電常數(shù)、介電損耗和交流電導(dǎo)率。發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)在整個頻率范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，并且介電損耗非常小，使該材料適用于器件應(yīng)用。本研究表明，由于標題化合物可以沿著預(yù)定的方向生長到理想的尺寸，并且它是一種良好的非線性光學(xué)材料，具有先決的光學(xué)和介電性能，是光子或光電應(yīng)用的良好候選者。
參考文獻
[1] Growth and Characterization of Non-Linear Optical Single Crystal: L-cysteine Hydrochloride Monohydrate. doi:10.12693/APhysPolA.128.423
[2] Unidirectional growth of L-cysteine hydrochloride monohydrate: first time observation as nonlinear optical material and its characterization. doi:10.1107/S0021889810016870