雙折射晶體能對不同波段激光的偏振態進行調制，從而被制作為光隔離器和棱鏡偏振器等光學器件。雙折射率是雙折射晶體關鍵的性能參數，在數值上可被量化為特定晶體在不同方向折射率之間的最大差值，而晶格中功能基元的化學組成和排列決定雙折射率的大小。探索具有大雙折射率的晶體利于提高雙折射晶體使用效率，且有益于器件小型化。通常，為了實現晶體雙折射率的最大化，對陽離子和陰離子基元進行相應的設計是在化合物中的有效途徑。在陽離子的選擇上，引入具有d0構型的前過渡金屬陽離子和稀土金屬陽離子可在化合物中形成金屬中心的扭曲配位多面體，從而增強光學各向異性。此外，高度極化的d10陽離子以及具有立構活性的Pb2+、Sn2+、Bi3+和Sb3+等陽離子可誘導產生大的極化率各向異性。在陰離子骨架的設計和構筑上，π共軛基元具有比非π共軛基元更大的極化率各向異性，故π共軛基元的優先級高于非π共軛基元。除化學組分外，功能基元的在晶格中的空間排布也較為重要。研究證實，雙折射率活性基元的共面/共軸排列可以增大光學各向異性，進而增大雙折射率。
中國科學院新疆理化技術研究所晶體材料研究中心潘世烈研究團隊基于混合雙折射率活性基元誘導強光學各向異性策略，將有機[C3N6H7]陽離子和無機[B3O3F4(OH)]陰離子結合到一起，設計合成一例新的有機-無機雜化羥基氟化硼酸鹽[C3N6H7]2[B3O3F4(OH)]。該化合物的結構以由孤立的有機[C3N6H7]基元和無機[B3O3F4(OH)]基元構成的二維層狀結構為特征，其中，由π共軛的有機[C3N6H7]陽離子和[B3O3F4(OH)]基元接近平面排列。混合功能基元的協同作用使該化合物均具有的大雙折射率（0.440@546 nm）。基于實空間原子切割和響應電子分布各向異性方法的理論計算表明，π共軛有機陽離子和[B3O3F4(OH)]陰離子均具有雙折射率活性。該成果為探索有機-無機雜化體系中的紫外雙折射晶體提供了新途徑，即選擇混合的雙折射率活性功能基元來組裝化合物可使化合物擁有大雙折射率。
相關研究成果以全文HOT Papers形式，發表在《材料化學雜志》（Journal of Materials Chemistry C）上。研究工作得到科技部、國家自然科學基金和中科院等的支持。
化合物設計策略示意圖
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