Despite their excellent nonlinear optical, electrooptic, piezoelectric, pyroelectric, photorefractive, and triboluminescent properties, the growth of polar organic crystals of large size and high quality has been hindered by growth cessation phenomena that occur in solution growth. Investigation of the crystal growth behavior of a highly polar organic nonlinear optical material, 3-methyl-4-methoxy-4’-nitrostilbene (MMONS) reveals that there exists an upper limit for the solution concentration, above which the crystals stop growing. The analysis using the electric field induced second harmonic generation measurements shows that the solution consists mainly of two species, monomers and dimers of MMONS molecules, at room temperature and that the dimer concentration increases significantly as the solution concentration increases, while the monomer concentration decreases. The corresponding equilibrium constant of a dimer, K is 0.61 $(mol/L)^-1$. The analysis of UV-visible absorption spectra using the singular value decomposition method also confirms the EFISH results. The increasing number of the dimers in the high concentration solution may play a role of poisoning the crystal surface and, therefore, cause the observed growth cessation. The present results may be applicable also to other polar organic and protein crystal systems.
극성 유기 비선형 결정은 비선형 광학, 전기 광학, 압전, 광굴절 등의 여러 가지 우수한 성질에도 불구하고, 용액 성장 시 결정 성장이 정지되는 현상으로 인해 고품질 대구경의 결정을 얻기가 힘들었다. 극성 유기 비선형 광학 물질, 3-methyl-4-methoxy-4'-nitrostilbene (MMONS)의 결정 성장 연구 중에 특정 농도 이상에서 결정 성장이 정지되는 현상이 관찰되었다. 전기장 유도 2차 조화파 실험을 통해 결정 성장이 이루어 지는 용액 속에서 MMONS 분자들이 이합체와 단분자 두 가지 형태로 존재하는 것은 확인 할 수 있었다. 그리고, 용액의 농도가 증가함에 따라, 이합체의 농도는 점차적으로 증가하고, 단분자는 감소한다. 이합체의 결합상수, K는 0.61 $(mol/L)^{-1}$로 구해졌다. 또한 Singular value decomposition 방법을 이용한 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼의 분석을 통해 전기장 유도 2차 조화파 발생 실험의 결과를 재확인할 수 있었다. 고농도에서 점차적으로 증가하는 분자들의 이합체는 결정 표면에서 단분자의 흡착을 방해함으로써, 결정성장을 정지시킬 수 있다. 본 논문의 결과는 다른 극성 유기 결정이나 단백질 결정 등의 연구에도 이용될 수 있을 것이다.
