潘世烈研究团队在基于混合双折射率活性基元构筑紫外双折射晶体取得新进展

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双折射晶体能对不同波段激光的偏振态进行调制进而被制作为光隔离器和棱镜偏振器等光学器件。双折射率是双折射晶体最关键的性能参数，它在数值上可以被量化为特定晶体在不同方向折射率之间的最大差值，而晶格中功能基元的化学组成和排列决定双折射率的大小。探索具有大双折射率的晶体有利于提高双折射晶体使用效率，与此同时有益于器件小型化。通常为了实现晶体双折射率的最大化，对阳离子和阴离子基元进行相应的设计是在化合物中有效途径。在阳离子的选择上，引入具有d0构型的前过渡金属阳离子和稀土金属阳离子可在化合物中形成金属中心的扭曲配位多面体，从而增强光学各向异性。此外，高度极化的d10阳离子以及具有立构活性的Pb2+、Sn2+、Bi3+和Sb3+等阳离子可以诱导产生大的极化率各向异性。在阴离子骨架的设计和构筑上，因为π共轭基元具有比非π共轭基元更大的极化率各向异性，所以π共轭基元的优先级高于非π共轭基元。当然除化学组分外，功能基元的在晶格中的空间排布也很重要。研究证实，双折射率活性基元的共面/共轴排列可以增大光学各向异性，从而增大双折射率。

化合物设计策略示意图

        今日，中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈研究团队基于混合双折射率活性基元诱导强光学各向异性策略，将有机[C3N6H7]阳离子和无机[B3O3F4(OH)]阴离子结合到一起，设计合成一例新的有机-无机杂化羟基氟化硼酸盐[C3N6H7]2[B3O3F4(OH)]。该化合物的结构以由孤立的有机[C3N6H7]基元和无机[B3O3F4(OH)]基元构成的二维层状结构为特征，其中由π共轭的有机[C3N6H7]阳离子和[B3O3F4(OH)]基元接近平面排列。混合功能基元的协同作用使该化合物均具有的大双折射率（0.440@546 nm）。基于实空间原子切割和响应电子分布各向异性方法的理论计算表明，π共轭有机阳离子和[B3O3F4(OH)]阴离子都具有双折射率活性。这一发现为探索有机-无机杂化体系中的紫外双折射晶体提供了一条新的途径，即选择混合的双折射率活性功能基元来组装化合物可以使化合物拥有大双折射率。
       相关研究成果以全文HOT Papers形式发表在《材料化学杂志》（Journal of Materials Chemistry C） (J. Mater. Chem. C, 2022,10, 6590-6595)，新疆理化技术研究所为唯一完成单位，潘世烈研究员和米日丁？穆太力普研究员为通讯作者，晶体材料研究中心金聪聪为第一作者。同时该研究工作得到科技部，国家基金委和中科院等项目的资助。
       文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/tc/d2tc01123a
      
        文章来源：新疆理化所
      潘世烈，男，理学博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，国家杰出青年科学基金获得者，国家"万人计划"领军人才入选者，中国科学院新疆理化技术研究所副所长，中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。1996年于郑州大学获得理学学士学位，同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位，2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位，2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后，到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇，其中，SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。授权美国发明专利7项，授权中国发明专利61项。已培养博士研究生20名，硕士研究生31名，出站博士后4名。目前在站博士后3名，在读博士研究生12名，硕士研究生26名。