新疆理化所深紫外雙折射晶體的研究獲進展

　　【儀表網 儀表研發】雙折射晶體在光通信和激光工業中對偏振光的調制起到重要作用。目前，有數種雙折射晶體已商業化應用，但可應用于深紫外波段的雙折射晶體有限，深紫外雙折射晶體的發展面臨挑戰。
 

　　通常實現晶體大雙折射的方法主要有：金屬陽離子增益(引入易產生二階Jahn-Teller效應和高極化的d10金屬陽離子等)和功能陰離子基團增益(引入具有大的極化率各向異性的平面型功能基團，如[BO3]、[B3O6]、[CO3]、[NO3]等)。其中，硼酸鹽具有短的紫外截止邊，在深紫外區透過有獨特優勢，因此聚焦硼酸鹽基雙折射晶體材料和尋找新的性能優異的硼酸鹽功能基團對設計和發展深紫外雙折射晶體具有重要意義。
 

　　中國科學院新疆理化技術研究所新型光電功能晶體材料團隊致力于硼酸鹽新型紫外、深紫外光學晶體的研究。近日，該團隊提出羥基化的平面型π共軛的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]可作為一種高效的雙折射活性基團用于設計深紫外雙折射晶體材料。
 

　　研究將氫原子引入到[BO3]和[B3O6]基團中，有利于消除[BO3]和[B3O6]基團中終端氧原子的非鍵態，增大HOMO-LUMO帶隙；羥基的引入使[BO3]和[B3O6]基團中離域π軌道上的π電子更加彌散，有利于增大微觀基團的極化率各向異性；[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]基團作為中性分子具有相似的配位環境和空間構型，有利于它們在結構構筑中呈現自由靈活的組裝模型。
 

　　基于該功能基團通過合理設計與組裝，該團隊首次合成了四例新的羥基硼酸鹽——Cs3[B(OH)3]2Cl3 (CBHC-I)、CsB3O3(OH)3Cl (CBHC-II)、Cs[B(OH)3][B3O3(OH)3]Cl (CBHC-III)和Rb3[B(OH)3][B3O3(OH)3]2Cl3 (RBHC)。在它們的結構中，[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]功能基團都呈現出非常一致的共平面排列，有利于產生大的雙折射率(0.057-0.123@532 nm)。此外，這些化合物采用傳統的水溶液法制備，合成條件溫和(溶劑揮發法，低于80 oC)，并表現出短的深紫外截止邊(180 nm)。研究表明，基于π共軛的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]功能基團的靈活組裝為設計合成新的深紫外雙折射晶體材料提供了新思路。
 

　　相關研究成果以VIP(Very Important Paper)的形式，發表在《德國應用化學》上。研究工作得到中科院青年創新促進會、國家自然科學基金、新疆維吾爾自治區重大專項等的支持。
 

　　圖1.[BO3]、[B(OH)3]、[B3O6]和[B3O3(OH)3]基團的極化率各向異性和HOMO-LUMO帶隙
 

圖2.CBHC-I、CBHC-II、CBHC-III和RBHC的晶體結構