科学剃刀 | Science Razor
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2026年1月28日，中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队在《自然》杂志发表了一项重要成果。
他们成功研发出一种新型非线性光学晶体——氟硼酸铵铵（NH4B4O6F，简称ABF）。
这项研究攻克了真空紫外波段（VUV，100–200 nm）激光产生的长期瓶颈。
ABF晶体在关键性能指标上创下了新纪录。
这标志着中国在深紫外激光晶体领域再次取得世界级突破。
真空紫外光源为何难以捉摸
真空紫外光波长短、能量高。
它是许多前沿科研的“眼睛”。
科学家利用它探索超导机制、研究化学反应动力学。
在半导体光刻领域，它更是不可或缺的光源。
然而，制造这种光并不容易。
目前最主流的方法是“倍频”。
这就好比把两股低频的水流汇聚在一起，激起一股高频的巨浪。
这需要一种特殊的材料：非线性光学晶体。
晶体要能把普通激光的频率加倍，转换成真空紫外光。
这就对晶体提出了极其苛刻的要求。
首先，它必须在真空紫外波段是透明的，不能吸收光。
其次，它的非线性效应要足够强，才能高效转换。
最后，它必须有足够的“双折射率”来匹配相位。
长期以来，这三大指标就像是一个“不可能三角”。
现有的晶体很难同时满足。
有的透光性好，但效应太弱；有的效应强，但容易吸收光导致晶体受损。
这导致真空紫外光源一直难以普及，设备昂贵且体积庞大。
ABF晶体如何打破物理魔咒
潘世烈团队研发的ABF晶体，打破了这一僵局。
它的化学式是NH4B4O6F。
这是一种氟硼酸盐晶体。
研究团队巧妙地在硼酸盐体系中引入了氟原子。
这一设计构建了独特的“氟氧硼酸基团”。
这种微观结构是性能突破的关键。
它让晶体完美集成了三种相互冲突的特性。
ABF拥有极宽的透光范围，一直延伸到深紫外区。
它具备强大的非线性光学系数，能高效转换激光。
它还有足够大的双折射率，实现了相位匹配。
更重要的是，它解决了实际应用的“最后一公里”问题。
过去的许多深紫外晶体（如KBBF）虽然性能优异，但生长困难，具有层状结构，难以剥离大尺寸晶体。
ABF晶体则不存在这个问题。
图释：NH4B4O6F的结构、照片、光学质量和热膨胀特性。图片来源：arXiv（2025年）。DOI： 10.48550/arxiv.2503.05019
团队成功生长出了厘米级的高质量晶体。
他们还开发了先进的各向异性晶体加工技术。
这意味着ABF不仅能用，而且好用。
它物理化学性质稳定，抗激光损伤阈值高。
这为制造实用的激光器奠定了坚实基础。
数据背后的纪录与突破
性能好不好，数据说了算。
ABF晶体交出了一份令人惊叹的成绩单。
实验显示，利用ABF晶体进行二次谐波产生（SHG）。
科研人员成功获得了波长低至158.9纳米的真空紫外激光。
这一波长直接打开了通往深紫外科学的大门。
在177.3纳米波长处，ABF晶体实现了惊人的输出指标。
其纳秒脉冲能量达到了4.8毫焦。
转换效率高达5.9%。
这两项指标均刷新了真空紫外倍频器件的世界纪录。
此前，还没有任何晶体能在这一波段同时实现如此高的能量和效率。
高脉冲能量意味着激光更强，能打穿更厚的材料或激发更微弱的信号。
高转换效率意味着节能，减少了不必要的能量损耗。
这种性能的提升是数量级的。
它让许多以前只能停留在理论构想中的实验，变成了触手可及的现实。
中国“光学晶体”的传承与未来
在非线性光学晶体领域，中国科学家一直有着辉煌的历史。
从早期的BBO（偏硼酸钡）、LBO（三硼酸锂），到后来著名的KBBF（氟硼酸钾钾）。
中国科学家陈创天院士等人曾引领了世界深紫外晶体的风向。
KBBF晶体曾让中国在该领域独领风骚，甚至一度对国外实施技术禁运。
如今，ABF晶体的问世，是这一精神的延续。
它不仅解决了KBBF晶体层状生长难、解理难的问题。
更在性能参数上实现了新的超越。
这表明中国在光学晶体材料的基因工程、结构设计和生长工艺上，依然保持着世界领先地位。
我们不再只是跟跑，而是在无人区进行领跑。
这种“人无我有，人有我优”的底气，来自于扎实的材料科学研究。
展望未来，ABF晶体将推动全固态真空紫外激光器的小型化。
这将极大地降低高端科研仪器的门槛。
在芯片制造领域，更短波长的光源意味着更高的制程精度。
虽然目前主流光刻使用的是EUV（13.5纳米），但VUV在检测和特定制程中依然不可替代。
ABF晶体的出现，为中国在未来的光电子产业竞争中，又增添了一枚沉甸甸的筹码。
参考文献
Shilie Pan, Vacuum ultraviolet second-harmonic generation in NH4B4O6F crystal, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-10007-z.
原文：toutiao.com/article/7600469457516970515/
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