自1996年PbIn₆Te₁₀被确立为β-锰型拓扑结构的新成员以来，学界已针对其三元体系热力学、单晶生长工艺、电子结构特性等开展了系列研究，但大尺寸高质量晶体的规模化生长始终存在明显瓶颈：一方面该晶体特殊的熔融特性极易诱导合成阶段析出二元杂相，另一方面碲族化合物高温下易挥发，会引发严重的组分偏析，催生高密度本征缺陷，最终导致晶体红外残余吸收过大。过往研究多通过组分富集操作补偿挥发带来的组分偏差，但由于缺乏不同组分环境下的缺陷形成能的定量认知，始终难以精准调控缺陷类型与浓度，无法高效提升晶体光学质量，高性能长波红外非线性光学晶体的工程化制备迟迟难以突破。

本研究首先通过优化多晶合成工艺，设计出600 ℃附近长时间保温的缓慢降温方案，完全消除杂相得到了单相PIT多晶原料。之后通过第一性原理缺陷计算精准锁定两种不同组分富集条件下的占优缺陷类型：PbTe-rich环境中占优缺陷为InPb与VIn，In₂Te₃-rich环境中占优缺陷为InPb与VPb。依托该理论指导采用改良布里奇曼法，分别在两类富集条件下生长出完整单晶并进行针对性后退火，后续通过红外透过测试、EDS、XPS多维度表征对照发现，In₂Te₃-rich条件生长的晶体元素配比更贴近化学计量比，红外光学透过率较PbTe-rich条件下的样品提升约37%，同时结合键长变化、态密度分析揭示了缺陷引发元素化学价态偏移、影响红外透过性能的微观机制，为缺陷调控提供了明确的理论依据。

图1 (a)采用三种合成工艺进行PIT多晶合成；(b)合成产物XRD图

Fig. 1 (a) Three synthesis processes were used for the polycrystalline synthesis of PIT; (b) XRD patterns of the synthesis products

图2 Pb-In-Te三元系统化学势范围图(Δμ_Pb、Δμ_In、Δμ_Te)

Fig.2 Chemical potential diagram of the Pb-In-Te ternary system (Δμ_Pb、Δμ_In、Δμ_Te)

图3 不同生长条件下缺陷形成能与费米能级位置的关系：(a) PbTe-rich；(b) In₂Te₃-rich

Fig. 3 Defect formation energy as a function of the Fermi-level position under (a) PbTe-rich and (b) In₂Te₃-rich conditions

图5 S1、S2、S3、S4晶片的红外透过光谱图，插图为采用Tauc Plot方法计算得到的带隙值

Fig.5 Infrared spectra of wafers S1, S2, S3, and S4, with insets showing the band gaps obtained using the Tauc plot method

图7 完整晶胞、不同缺陷晶胞（In_Pb、V_Pb、V_In）结构图和Pb-Te八面体和In-Te四面体图

Fig.7 Structure of the perfect cell and various defective cells, as well as the Pb-Te octahedron and In-Te tetrahedron

本研究解决了长期制约PbIn₆Te₁₀晶体高质量制备的两大核心痛点：一是通过工艺优化得到了完全单相的PIT多晶合成产物，二是验证In₂Te₃-rich组分环境是生长高光学质量PIT晶体的最优条件，该条件下生长并经退火处理的晶体红外透过率最高可突破50%，元素配比高度贴近标准化学计量比。本工作通过理论计算与生长实验的双向验证，为长波红外碲化物非线性光学晶体的缺陷调控与高质量制备提供了可复制的研究范式，有力推动这类高性能晶体在长波红外激光技术领域的实际应用落地。

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