BNA晶体太赫兹指纹图谱：低频模式各向异性吸收及其对太赫兹产生效率的影响

本研究通过太赫兹时域光谱（THz-TDS）与固态密度泛函理论（DFT）计算相结合，揭示了有机太赫兹晶体BNA的低频振动模式各向异性吸收特性及其对太赫兹产生效率的调控机制。研究发现BNA在0.5-3.5 THz范围存在显著偏振依赖性吸收峰，理论计算明确了沿z轴2.46 THz和x轴3.16 THz等特征模式的振动特性。数值模拟表明各向异性声子吸收在抑制2.65-3.48 THz波段辐射的同时可实现厚度尺度化调控，为设计高效有机太赫兹源提供了重要理论依据。

　　

^Highlight

^实验部分

^材料

BNA晶体购自Swiss THz公司，接收时为粒径10-20 mm的板状晶体，直接用于太赫兹吸收测量。

^{粉末X射线衍射（PXRD）}

使用Rigaku Smartlab 9Kw粉末X射线衍射仪确定BNA多晶型，2θ范围设定为5°至60°，扫描速度和步长分别设置为0.1°/s和0.01°。

^{太赫兹时域光谱}

采用商用太赫兹时域光谱仪（ADVANTEST TAS7400TS，日本）进行测试，干燥空气持续吹扫系统以消除水蒸气干扰。样品置于电动旋转台上进行偏振相关测量，光谱分辨率达到7.5 GHz。

^理论计算

基于CASTEP代码实施固态密度泛函理论（DFT）计算，采用Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函和TS模糊修正处理范德华力作用。截断能设置为800 eV，k点网格间距为0.07 ?^-1，原子力收敛标准为0.001 eV/?。

^{结果与讨论}

^{BNA实验太赫兹光谱}

粉末X射线衍射（PXRD）图谱显示样品在8.28°、12.66°、16.56°、20.45°、24.43°、26.44°和26.80°处出现明确衍射峰，与正交晶系BNA结构（CCDC编号：ISICUJ01）模拟谱高度吻合，证实所用晶体为非中心对称正交晶相，具备非线性光学活性。

^{低频振动模式分析}

理论计算成功预测各向异性吸收特征，定量分解分析揭示了低频区域主导吸收模式的独特振动特性：2.46 THz模式主要表现为苯环面外弯曲与硝基扭转的耦合振动，而3.16 THz模式特征为甲基不对称摇摆与苯基亚甲基键角变化协同作用。

^{太赫兹产生效率模拟}

通过建立包含各向异性声子吸收的耦合波方程模型，模拟不同晶体厚度下太赫兹输出特性。发现各向异性吸收在1.18-2.17 THz范围内导致辐射效率降低，但在2.65-3.48 THz波段产生强烈抑制效应，表明需要精确控制晶体厚度以实现最优输出。

^结论

本研究通过实验与理论相结合的方法，系统揭示了BNA晶体低频振动特性及其对太赫兹产生效率的调控机制。