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新疆理化所在大雙折射率增益研究方面獲突破
2019-10-16 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  當一束光波投射到晶體界面上,一般會産生兩束折射光,這種現象稱之爲雙折射。晶體的雙折射率是光電材料的重要光學性能參數,雙折射晶體用途廣泛,主要應用于光學通訊,光學器件以及激光加工業等。因此,對大雙折射材料和優良雙折射基團的探索一直是國際上研究的難點和熱點。決定晶體雙折射性能的主要因素是陰離子框架和陽離子多面體。對于無立構活性的堿金屬、堿土金屬而言,陰離子框架是決定晶體雙折射性能的重要因素。然而,陽離子尤其是含有立構活性的陽離子對晶體雙折射性能也會産生重要影響。目前,Pb2+Sn2+的孤對電子的立構活性對雙折射的影響還只停留于理論計算層面,並且未見實驗方面證實Sn2+的孤對電子對雙折射大幅增益的報道。

晶體照片及寶石折射率儀測試

  最近,中國科學院新疆理化技术研究所中科院特殊环境材料与器件重點實驗室潘世烈研究员带领的团队一直致力于探索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+的硼酸鹽氯化物Sn2B5O9Cl和同構堿土金屬硼酸鹽的雙折射率測試研究,首次從實驗上證明擁有立構活性的Sn2+能夠激發雙折射率的大幅增益。團隊研究人員在密閉體系下得到了Sn2B5O9Cl晶體(1 × 1 × 0.5 mm3),並且通過頂部籽晶法得到同構的Ba2B5O9Cl晶體(5 × 4 × 1.0 mm3),借助偏光顯微鏡和寶石折射率儀測量了晶體的雙折射率。實驗數據和理論計算結果都顯示出Sn2B5O9Cl擁有超大的雙折射率(0.168@546 nm),其雙折射率更是同構化合物Ba2B5O9Cl16.8倍(0.010@546 nm)。 

     研究人员结合理论计算和结构对比分析双折射率大幅增益的来源。Sn2B5O9Cl大的雙折射率主要來源于高度畸變的錫氧氯多面體以及畸變BO3基團的貢獻,然而這些畸變在同構化合物Ba2B5O9Cl是不存在的。通過實空間原子切割的方法進一步說明了大雙折射率的增益是來源于立構活性的錫氧氯多面體。

电子局域泛函圖及含Sn2+同構硼酸鹽雙折射對比

  爲了進一步證明Sn2+能激發雙折射率大幅增益,研究人員基于理論計算研究分析了β-SnB4O7以及同構的β-CaB4O7SrB4O7的雙折射性能,並且發現β-SnB4O7的雙折射率約是同構堿土金屬硼酸鹽的30倍,這進一步證實了堿土金屬陽離子—Sn2+的替代可以激發雙折射率大幅增益。更重要的,堿土金屬陽離子—Sn2+的替代不僅可以獲得雙折射率的大幅增益,還爲未來探索大雙折射率材料提供了新的思路。 

  該系列研究成果以Very Important Paper發表在Wiley公司出版的《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2019,DOI: 10.1002/anie.201911187)该研究工作得到国家基金委、国家科技部和中國科學院的项目资助等。  

  文章鏈接:https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911187  

       论文作者为:JingyuGuo, AbudukadiTudi, Shujuan Han, Zhihua Yang,Shilie Pan

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