《Inorganic Chemistry Communications》：Exploration of L-tartaric acid influenced Sulphamic acid crystal for photonic device applications: an experimental and computational approach
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LTA掺杂SA晶体通过慢蒸发法合成，结构经SCXRD和PXRD证实为正交Pbca型，SEM显示掺杂晶体表面更致密。光学分析表明LTA-SA透射率提升至92%，截止波长红移至295nm，热稳定性提高至228℃，介电损耗降低。DFT和TD-DFT计算验证电子结构优化及氢键作用增强非线性响应（χ3提升36.7%），为光电子器件提供新材料。
作者：Shrikant Yadav、Mohd Anis、B.B. Raje Shaikh、Z.S. Khan、M.I. Baig
印度马哈拉施特拉邦Karad市Vidyanagar区Karad 415124，Yashwantrao Chavan科学学院物理系
摘要
采用缓慢蒸发技术合成了掺有L-酒石酸（LTA）的纯磺胺酸（SA）单晶。单晶X射线衍射（SCXRD）证实了其正交Pbca结构，而粉末X射线衍射（PXRD）验证了晶体纯度和晶格参数。扫描电子显微镜（SEM）分析显示LTA-SA的表面更加光滑致密，能量色散X射线光谱（EDS）证实了LTA的掺入。光学透射率从85%（SA）提高到92%（LTA-SA），截止波长从255 nm变为295 nm，表明其紫外线透明度显著提高。热分析显示分解温度从约214°C（SA）升高到约228°C（LTA-SA），表明热稳定性增强。在100 kHz频率下，30°C至120°C温度范围内进行的介电研究表明掺杂晶体的介电损耗降低，支持其在器件中的应用。Z扫描测量显示其三阶非线性光学（NLO）响应性能优越，χ3从6.34 × 10^?8 esu（SA）增加到8.59 × 10^?8 esu（LTA-SA）。这些改进通过密度泛函理论（DFT）和时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）计算得到验证，这些计算提供了关于电子结构和Hirshfeld表面相互作用的见解。结果强调了LTA-SA晶体在非线性光学、光子学和光电子学应用中的潜力。
引言
单晶是非线性光学和先进光子学的基础。其中，磺胺酸（SA，分子式H?NSO?）是一种无机化合物，在非线性光学（NLO）应用和光子器件技术中具有广泛认可的应用潜力[[1], [2], [3], [4]]。它的两性离子性质赋予了高化学稳定性、长期耐用性和抗降解性，使其成为光学和电光系统的理想材料。SA的压电和NLO特性使其特别适用于频率倍增、光开关和其他先进的光学操控技术[[5], [6], [7]]。为了扩展SA的功能范围，研究人员探索了多种方法，如i) 选择不同的合成方法；ii) 优化生长参数；iii) 掺杂等。文献表明，使用有机和无机添加剂进行掺杂是一种商业上可行且便捷的方法，可以改善晶体的结构和光学特性，以满足特定应用需求[[8], [9], [10], [11]]。有机掺杂有效地结合了无机基体的稳定性和有机分子的多功能性。研究表明，氨基酸和染料等掺杂剂可以改善光学透射率、修改带隙并增强NLO性能[[12], [13], [14], [15], [16]]。在有机酸中，L-酒石酸（LTA，C?H?O?）是一种天然存在的化合物，因其独特的结构和电子特性而被广泛研究，这些特性有利于产生非线性响应。其手性和非中心对称晶体结构以及丰富的氢键网络促进了偶极子排列，显著增强了宏观极化效应，使其成为高效的NLO材料[[17], [18], [19], [20]]。LTA中的两个羟基（–OH）和两个羧基（–COOH）促进了基体与掺杂剂之间的强相互作用，增强了结构有序性、热稳定性和光学参数，同时优化了偶极子排列，从而显著放大了复合系统的非线性光学响应[[21], [22], [23], [24], [25]]。本研究重点探讨了L-酒石酸（LTA）掺杂对磺胺酸（SA）晶体结构、光学、热学、介电和非线性光学性能的影响。通过对纯SA进行计算分析，揭示了其电子特性，为实验结果提供了分子层面的解释。据我们所知，这是首篇关于LTA掺杂SA晶体的报道，突显了其在光电子材料领域的新颖性和重要性。本工作的目的是系统阐述LTA掺杂在调节SA功能特性中的作用，从而将LTA-SA晶体定位为先进非线性光学、光子学和光电子学应用的有希望的候选材料。
材料合成
采用缓慢蒸发溶液生长技术成功制备了高纯度的纯磺胺酸（SA）单晶。将德国Merck级别的高纯度磺胺酸溶解在去离子水中制备饱和溶液。溶液在40°C下连续搅拌8小时以确保完全溶解和均匀性。澄清后，用膜滤纸过滤溶液，并在受控条件下使其蒸发。
单晶X射线衍射和粉末X射线衍射分析
使用Bruker D8 Venture衍射仪和MoKα辐射（λ = 0.71073 ?）获得了磺胺酸（SA）和掺有L-酒石酸的磺胺酸（LTA-SA）的单晶单元格参数。结构信息仅限于单元格索引，未进行完整数据集收集或结构解析。解释仅限于确认晶格参数和晶体系统。对于SA，单元格参数是基于867个数据点得出的。
计算分析
为了支持实验结果，对单个孤立的磺胺酸（SA）分子进行了密度泛函理论（DFT）和时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）计算。所有计算均在ORCA 5.0 [48]软件中使用B3LYP/6–311++G(d,p）水平进行。初始分子几何结构是从精炼的粉末X射线衍射（PXRD）数据中使用Mercury软件[49]提取的，然后生成/mol文件，用于在Avogadro [50]中准备输入文件。
结论
通过缓慢溶剂蒸发方法成功生长出了尺寸为14 × 14 × 3 mm3的LTA-SA块状晶体，得到了光学透明的晶体。单晶X射线衍射（SCXRD）证实纯SA和LTA掺杂SA晶体均结晶为正交系统的Pbca空间群，而PXRD进一步验证了晶体相和晶格参数，与计算预测结果高度一致。EDAX分析证实了LTA的掺入。
作者贡献声明
Shrikant Yadav：撰写——初稿、验证、软件使用、方法论、研究设计、数据分析、概念化。
Z.S. Khan：数据分析、撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、方法论、研究设计、数据分析、概念化。
M.I. Baig：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、数据可视化、验证、监督、资源管理、方法论、研究设计、数据分析、概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
我们衷心感谢SAIF（IIT Madras）提供单晶X射线衍射（SCXRD）设施。
Dr. Mirza Irshad Baig拥有物理学博士学位和硕士学位。他拥有十七年的本科教学经验，是印度Amravati市Sant Gadge Baba Amravati大学的知名物理学博士导师。他进行了广泛的研究，并在Scopus/Web of Science索引的期刊上发表了50多篇研究论文。他的研究重点是非线性光学和晶体生长，带来了独特的视角。
