近日，我室研究生张忠姚（第一作者）和陈飞飞研究员（通讯作者）等在期刊Journal of Alloys and Compounds(IF=6.3) 发表了题为“Synthesis of rubidium lead iodide perovskite nanocrystals in chalcogenide glasses and high nonlinear optical performance of the nanocomposites”的研究论文(J. Alloys Compd, 1011, 178499-178456,2025, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.178499)。

       非线性光学材料是现代光子技术的基石，在激光防护、全光开关及光信号处理等领域扮演着关键角色。钙钛矿（MHP）凭借其优异的光电特性备受关注，但传统有机-无机杂化钙钛矿的光热稳定性较差，难以满足高功率激光应用的需求。全无机铯铅卤化物（CsPbX3）虽有所改善，但仍面临高温相变的问题。相比之下，铷铅碘化物（RbPbI3）具有更高的化学和结构稳定性，被视为更理想的候选材料。然而，由于Rb离子半径较小，导致其Goldschmidt容忍因子（0.795-0.806）接近理论极限，使得高质量RbPbI3晶体的合成极具挑战性。此外，目前主流的氧化物玻璃基质非线性系数较低，限制了复合材料整体性能的发挥，亟需开发兼具高非线性与高兼容性的新型基质材料。

       针对上述难题，本研究创新性地选用高非线性的GeS2-Sb2S3硫系玻璃作为基质，利用真空熔融淬火技术结合精密热处理工艺，成功突破了低容忍因子限制，在玻璃基质中原位生长出高结晶度的RbPbI3纳米晶。

图1：(a) 基质玻璃与复合材料的XRD图谱，证实了RbPbI3晶相的析出；(b) 高分辨TEM图像清晰展示了嵌入玻璃基质中的RbPbI3纳米晶及其晶格条纹

       研究发现，通过在310°C下进行1.5小时的热处理（样品GSSR-1.5H），RbPbI3纳米晶的析出显著增强了基质的非线性响应。在700 nm波长激发下，复合材料的双光子吸收系数（β2PA）达到5.13×10−10 m/W，非线性折射率（n2）达到5.19×10−17m2/W，相比基质玻璃分别提升了66%和50%。这种显著的增强效应归因于钙钛矿纳米晶本身巨大的双光子吸收截面以及晶体与玻璃界面处的局域场增强效应。

图2：复合材料在700 nm处的 (a)开孔与 (b)闭孔Z-扫描曲线，展示了显著的非线性吸收与折射行为；(c-d) 宽波段下的Z-扫描结果显示其具有优异的宽带非线性响应

       此外基于I-扫描技术的测试结果表明，该复合材料在700-940 nm的宽波段范围内表现出令人瞩目的光限幅性能。其光限幅阈值（OLT）低至微焦耳量级（98.9–655.6 µJ/cm2），这一数值比氧化石墨烯等常见光限幅材料低3到6个数量级，展示了其在防护人眼及精密光学仪器免受高能激光损伤方面的巨大潜力。

图3：(a-b) 不同波长下的I-扫描曲线；(c) 光限幅阈值(OLT)随波长的变化趋势。

       本研究不仅攻克了RbPbI3钙钛矿在玻璃基质中难合成的技术难题，更揭示了硫系玻璃与铷基钙钛矿的协同非线性增强机制。该成果证明了RbPbI3-硫系玻璃复合材料是一种兼具高稳定性与高性能的非线性光学介质，为开发新一代宽波段、低阈值的激光防护器件提供了重要的材料支撑和理论依据。