紅外非線性光學晶體能夠通過頻率轉換作用產生中紅外可調諧激光，獲得廣泛應用。目前，商用的紅外非線性光學晶體硫鎵銀、硒鎵銀和磷鍺鋅，由于自身的一些缺陷，已經不能滿足日益增長的市場需要。因此，亟須探索性能更優異的中紅外非線性光學材料。類金剛石型磷屬化合物非線性光學材料通常展示了很大的倍頻系數、很高的熱導率和較寬的帶隙，因此，磷屬化合物是合適的紅外非線性光學材料的候選體系。然而目前，幾乎所有二元、三元類金剛石型磷屬化合物都不能實現倍頻效應、激光損傷閾值、雙折射率以及紅外透過范圍之間的平衡，因此，需要設計和合成優良綜合性能的類金剛石型磷屬化合物材料。
在中國科學院戰略性先導科技專項（B類）“結構與功能導向的新物質創制”、國家自然科學基金等的資助下，中科院光電材料化學與物理重點實驗室研究員葉寧團隊從“剛柔并濟”這一太極智慧中獲得靈感，以ZnGeP2的黃銅礦結構為原型，采用“剛柔耦合”的元素匹配策略，在結構中同時引入剛性基團SiP4四面體和柔性基團InP4四面體，合成了首例四元類金剛石結構晶體Mg2In3Si2P7。該晶體具有很強的倍頻效應（磷鍺鋅的2倍，硫鎵銀的7.1倍）、合適的帶隙（2.21 eV）、大的雙折射率（0.107）以及寬的紅外截止邊（16.4 μm），實現了它們之前的平衡甚至可以說是同步提升。該研究不僅為先進紅外非線性光學晶體的設計提供了一條新思路，也將激勵科研人員探索更多的類金剛石型磷屬非線性光學材料。相關研究成果發表在《美國化學會志》上。 論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.1c03930。
“剛柔耦合”的元素匹配策略下，Mg2In3Si2P7實現了強倍頻效應、合適的帶隙、大的雙折射率以及寬的紅外透過范圍
此外，該團隊近期在中紅外NLO材料的設計、合成、晶體生長和非線性性能研究方面也取得系列研究進展（Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 23549-23553; Adv. Opt. Mater. 2021, 9, 2002176; Chem. Mater. 2021, 33, 1462-1470; Chem. Mater. 2020, 32, 10246-10253; Chem. Mater. 2020, 32, 7958–7964; Chem. Mater. 2020, 32, 2615–2620，Chem. Mater. 2019, 31, 10170-10177）。
