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NaI3O8, un matériau prometteur pour l’optique non linéaire dans le domaine infrarouge

 L’ingénierie cristalline de matériaux efficaces pour l’optique non linéaire quadratique permettant de développer des dispositifs optiques, convertisseurs de fréquences, nous a conduit à s’intéresser aux iodates métalliques. Nous avons ainsi découvert une nouvelle phase NaI3O8. Ce composé fait partie des très rares matériaux présentant une très large fenêtre de transparence qui s’étend du proche UV au début de l’IR lointain (12,5mm) permettant des applications dans les fenêtres de transparence II et III de l’atmosphère (3-5mm et 8-12mm). Les applications dans l’infra-rouge sont potentiellement nombreuses dans le domaine militaire, en astronomie ou encore dans l’analyse des polluants atmosphériques…


 NaI3O8 cristallise dans le groupe d’espace P et est donc non centrosymétrique, condition indispensable aux propriétés non linéaires. L’étude structurale révèle un nouvel oxo anion [I3O8]- de l’iode (V), issu de la condensation en milieu acide concentré de trois anions iodate [IO3]-. C’est le premier anion polyiodate caractérisé à ce jour (Fig.1). Il contient trois paires libres d’électrons polarisables, favorables à l’obtention de coefficients de susceptibilité non linéaire élevés.
NaI3O8 est obtenu sous forme de monocristaux millimétriques (Fig. 2). Ce fait est essentiel puisqu’il devrait permettre l’obtention de cristaux de taille suffisante pour mener l’étude des propriétés optiques sur monocristal et ainsi de pouvoir envisager un éventuel développement de dispositifs optiques. En effet, parmi les iodates métalliques, a-LiIO3 est jusqu’à présent le seul qui ait été largement étudié, puisque l’obtention de monocristaux de taille importante a permis la caractérisation complète des ses propriétés ONL.
NaI3O8 est thermiquement stable jusqu’à 350°C et possède un seuil de dommage optique sur poudre élevé (4.2 GW.cm-2) et une efficacité en doublement de fréquence comparable voire supérieure à celle observée pour -LiIO3. Le spectre IR de NaI3O8 montre un large domaine de transparence qui s’étend de tout le domaine visible au début de l’IR lointain (12,5 mm) (Fig. 3). Contrairement à a-LiIO3 qui montre une bande d’absorption à 6.5mm et deux autres à 3 et 6 mm dû à l’absorption de molécules d’eau, NaI3O8 est non hygroscopique et est transparent dans les dans les fenêtres de transparence II et III de l’atmosphère comme nous l’avions montré récemment pour de nombreux iodates métalliques. Ce résultat est important puisque jusqu’à présent, seules deux classes de matériaux, les chalcopyrites et des halogénures présentent une telle transparence, mais sont respectivement difficiles à préparer et chimiquement instables. Aussi, nous pensons que les iodates métalliques peuvent être une alternative à ces matériaux. Ce nouveau composé est donc prometteur comme matériaux pour l’ONL quadratique, ouvrant par ailleurs la voie à une nouvelle chimie.


 

Fig. 1 Representation of the I3O8- anion.









Fig. 2 NaI3O8 single crystal (2x2x5 mm).









Fig. 3 Transmittance curves of NaI3O8 (solid line) and LiIO3 (dashed line) in the 2.5 to 15 m region .Grey bands correspond to the atmospheric transparency windows II and III


Contact : Isabelle.Gautier-Luneau
Isabelle.Gautier-Luneau@grenoble.cnrs.fr
Tel : +33 476887804


En savoir plus :
•“Promising Material for Infrared Nonlinear Optics : NaI3O8 salt containing a New Octaoxotriiodate(V) Anion formed from Condensation of IO3- Iodate”
D. Phanon & I. Gautier-Luneau, Angew. Chem. Int. Ed., 46, 8488-8491, (2007)
“New materials for infrared non linear optic. Syntheses, structural characterisations, second harmonic generation and optical transparency of M(IO3)3 metallic iodates.”
D. Phanon, A. Mosset, I. Gautier-Luneau, J. Mater. Chem., 17, 1123-1130, (2007)



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