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广泛的应用。当前商用的中远红外非线性光学晶体主要包括类金刚石结构的AgGaS₂，AgGaSe₂和ZnGeP₂等化合物。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红外激光技术发展的需求。因此，亟需开发性能优异的新型中远红外非线性光学材料。类金刚石结构化合物具有丰富的结构多样性及可调的光学性能，因此，在类金刚石结构化合物中探索具有大倍频及抗损伤的新型中远红外非线性光学材料一直是该领域研究的一个热点。
在中国科学院、国家自然科学基金及新疆自治区自然科学基金等的资助下，中科院新疆理化技术研究所光电功能材料实验室研究员潘世烈及李俊杰带领的研究团队通过优选四面体结构基元，以类金刚石结构硫属化物为结构模板，设计并合成出首例具有大带隙的复合碱金属碱土金属四元类金刚石结构红外非线性光学材料Li₄MgGe₂S₇。光学性能测试结果表明，Li₄MgGe₂S₇具有目前报道的四元硫属化合物中最大带隙4.12 eV，同时Li₄MgGe₂S₇表现出较好的倍频效应，约为0.7 ×AgGaS₂，并能实现Ⅰ型相位匹配。理论计算的结果表明，碱金属及碱土金属四面体的引入有利于增大类金刚石结构的带隙，为后续设计大带隙类金刚石结构材料提供了一个新的思路。
（a）垂直于[102]方向的蜂窝层；（b）Li₄MgGe₂S₇的三维类金刚石结构；（c）内径为4.3埃孔道蜂窝三维结构；（d）Li₄MgGe₂S₇晶体结构中的(Ge₂S₇)⁶-二聚体。
这一结果有望激励科研人员探索更多性能优异的碱金属及碱土金属复合的类金刚石结构红外非线性光学材料。该研究成果发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107613）。
此外，该团队在类金刚石结构中通过异价原子替代，在Hg-P-S的体系中开发出一例具有大倍频（3.6 ×AgGaS₂）、综合性能优异的新型三元硫属缺陷类金刚石结构红外非线性光学材料Hg₃P₂S₈，并成功获得毫米级的高质量单晶。该研究成果发表在美国化学会《材料化学》上（Chem. Mater., 2021, DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01982）。
