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新疆理化所在大双折射率增益研究方面获进展

时间:2020-12-06
当一束光波感应到晶体界面上,一般不会产生两束折射光,这种现象称作双折射。晶体的双折射率是光电材料的最重要光学性能参数,双折射晶体用途普遍,主要应用于光学通讯、光学器件以及激光加工业等。因此,对大双折射材料和优良双折射基团的探寻仍然是国际上研究的难题和热点。要求晶体双折射性能的主要因素是阴离子框架和阳离子多面体。对于无立可分活性的碱金属、碱土金属而言,阴离子框架是要求晶体双折射性能的最重要因素。

新疆理化所在大双折射率增益研究方面获进展

然而,阳离子特别是在是所含立构活性的阳离子对晶体双折射性能也不会产生最重要影响。目前,Pb2+,Sn2+的孤对电子的立构活性对双折射的影响还只逗留于理论计算出来层面,并且未见实验方面证实Sn2+的孤对电子对双折射大幅度增益的报导。最近,中国科学院新疆化学系技术研究所类似环境材料与器件重点实验室研究员潘世烈率领的团队仍然致力于探寻大双折射材料及产生大双折射率的来源机制,通过对首例Sn2+的硼酸盐氯化物Sn2B5O9Cl和同构碱土金属硼酸盐的双折射率测试研究,首次从实验上证明享有立构活性的Sn2+需要唤起双折射率的大幅度增益。团队研究人员在密封体系下获得了Sn2B5O9Cl晶体(1×1×0.5mm3),并且通过顶部籽晶法获得同构的Ba2B5O9Cl晶体(5×4×1.0mm3),利用偏光显微镜和宝石折射率仪测量了晶体的双折射率。实验数据和理论计算结果都表明出有Sn2B5O9Cl享有超大的双折射率(0.168@546nm),其双折射率堪称同构化合物Ba2B5O9Cl的16.8倍(0.010@546nm)。研究人员融合理论计算出来和结构对比分析双折射率大幅度增益的来源。Sn2B5O9Cl大的双折射率主要源于高度畸变的锡氧氯多面体以及畸变BO3基团的贡献,然而这些畸变在同构化合物Ba2B5O9Cl是不不存在的。通过实空间原子切割成的方法更进一步说明了大双折射率的增益是源于立构活性的锡氧氯多面体。为了更进一步证明Sn2+能唤起双折射率大幅度增益,研究人员基于理论计算出来研究分析了β-SnB4O7以及同构的β-CaB4O7,SrB4O7的双折射性能,并且找到β-SnB4O7的双折射率大约是同构碱土金属硼酸盐的30倍,这更进一步证实了碱土金属阳离子—Sn2+的替代可以唤起双折射率大幅度增益。更加最重要的,碱土金属阳离子—Sn2+的替代不仅可以取得双折射率的大幅度增益,还为未来探寻大双折射率材料获取了新的思路。该系列研究成果以VeryImportantPapwer公开发表在Wiley公司出版发行的《德国应用化学》上(Angew.Chem.Int.Ed.,2019,DOI:10.1002/anie.201911187)。该研究工作获得国家基金委、国家科技部和中科院等的资助。