بلورهای دو برابر كننده نور – آزمون اسید

به عقیده سه شیمی‌دان انگلیسی، یك ماده ارزان سهل الوصول را می‌توان به بلورهایی تبدیل كرد كه بسامد نور فرودی را دو برابر می‌كنند. چنین بلورهایی جزو اساسی وسایل اپتیكی قرن آینده، از كامپیوترهای اپتوالكترونیكی، به شمار می‌آیند. در این كامپیوترها به جای الكترون از نور استفاده می‌شود. این بلورها به كمك فرایندی كه به تولید هارمونیك دوم (SHG) موسوم است، تابش فروسرخ را به نور مرئی، با بسامد دو برابر، تبدیل می‌كنند. از دلایل اهمیت این كار یكی این است كه تارهای نوری، نورهای فروسرخ را با كارایی بیشتری انتقال می‌دهند، در صورتی كه در وسایل اپتیكی بیشتر از نور مرئی استفاده می‌شود. اما همه بلورهایی كه این خاصیت را بروز می‌دهند، چند نقطه ضعف دارند. بعضی از آن‌ها كه ممكن است در ساخت وسایل الكترونیكی به كار گرفته شوند در دماهای زیاد ناپایدارند؛ بعضی دیگر رنگی‌اند و در نتیجه شدت نور تولید شده را كاهش می‌دهند؛ و بعضی هم جزو مواد شیمیایی آلی سرطان زا هستند. مطلب مهم دیگر این است كه بیشتر مواد SHG خیلی گران‌اند. اما، كن سدون، كریستر آكروی، و پیتر هیت چكوك از دانشگاه ساسكس می‌گویند كه نمك‌های اسید تار تاریك تقریباً شرایط بلور كامل SHG را برآورده می‌كنند. آن‌ها 12 نمك مختلف آمین‌های آلی را ساخته اند كه به عنوان بلورهای SHG بسیار خوب عمل می‌كنند.
سدون برای آزمایش بلورهایش لیزر تپی نئودیبیم را به كار برد كه نوری به طول موج nm1064 تولید می‌كرد. او متوجه شد كه طول موج نور خروجی nm532 یعنی نصف طول موج نور فرودی است. فعالیت تولید هارمونیك دوم را در مقایسه با فعالیت α - كوارتز می‌سنجند. به نظر سدون فعالیت پایپر زین تارتارات 3 برابر فعالیت α - كوارتز است، در حالی كه فعالیت 3- هیدروكسی پیریدین تارتارات 14 برابر است.
گروه سدون ساختار بلورهایشان را تحلیل كردند و پی بردند كه عامل اصلی این رفتار، اسیدی است كه بلورها از آن ساخته شده‌اند. برای اینكه ماده‌ای خاصیت SHG از خود نشان بدهد، باید در سطح اتمی پاد متقارن باشد. با استفاده از اسید تارتاریك نوع L، صورت چپ دست این اسید، وجود این خاصیت تضمین می‌شود. وقتی این اسید را با یك باز آلی خنثی كنیم، آمین تارتارات تشكیل می‌شود كه به صورت بلورهایی زیبا رشد می‌كنند. آنالیز پرتو ایكس حاكی از الگوی منظسم یون‌هایی بود كه با بند هیدروژنی به هم متصل بودند. بندهای هیدروژنی بین اتم‌های اكسیژن و یا اتم‌های نیتروژن در مولكول‌های مختلف تشكیل می‌شود، ولی در مورد اخیر بند هیدروژنی بین یون‌های مختلف اسید تارتاریت تشكیل شد. یون‌های بیشتر اسیدها و نمك‌هایش تشكیل بندهای هیدروژنی می‌دهند، اما تعداد این بندها در مقایسه با بندهای هیدروژنی اسیدهای تارتاریت كم است. سدون عقیده دارد كه بند هیدروژنی عامل عمده محكم بودن بلور SHG است. یون‌های تارتارات به دنبال هم قرار می‌گیرند و شبكه‌ای را به وجود می‌آورند كه از یك سر بلور تا سر دیگر آن امتداد دارد. در عین حال بند سازی هیدروژنی حفره‌هایی در داخل بلور ایجاد می‌كند كه كاتیون‌های باز آمین در آن‌ها جای می‌گیرند.