背景

近年來，由于具有良好的二階非線性光學材料在電光和光電器件中的潛在應用，人們對合成非線性光學材料非常感興趣。非線性光學(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域的新興技術提供了頻移、光調制、光開關、光邏輯和光存儲等關鍵功能。由于偶極性質，氨基酸被認為具有很高的NLO應用潛力。L-半胱氨酸在自然中普遍存在，其衍生物L-半胱氨酸鹽酸鹽一水物為結晶狀，性質較穩(wěn)定，且保留了氨基酸的偶極性質，因此研究人員在探索它作為光學材料的應用。

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)和磁化率等光學常數(shù)來分析其光學特性。維氏硬度試驗證實該材料屬于軟質材料。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生(SHG)發(fā)現(xiàn)它是一種非線性光學材料。晶體結構通過單晶和粉末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構晶界等宏觀缺陷。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，用阻抗分析儀測量了介電常數(shù)、介電損耗和交流電導率。發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)在整個頻率范圍內是穩(wěn)定的，并且介電損耗非常小，使該材料適用于器件應用。本研究表明，由于標題化合物可以沿著預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材料，具有先決的光學和介電性能，是光子或光電應用的良好候選者。

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