中科院新疆理化所在高性能双折射晶体高通量设计筛选中取得重要进展

发布时间:2020-12-08

  近日,中科院新疆理化所光电功能晶体材料团队在大双折射材料设计制备取得系列研究进展。大双折射晶体材料是光学材料研究领域的热点之一,它在光通信,偏光显微观察,激光相位匹配等方面起着至关重要的作用。针对什么体系能产生高性能双折射这一科知识题,中科院新疆理化所光电功能团队首先揭示了微观基团的光学各向异性响应机制,发展了可以快速筛选双折射率的电荷密度各向异性响应方法(REDA方法,Chem. Commun., 2017, 53, 2818),并分析了含有四面体基元体系对双折射提升机制研究(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10726)。在此基础上,该团队进一步发展了基于第一性原理的双折射高通量设计筛选方法,并实现了巨双折射晶体的高通量筛选。 

  双折射是偏振的一个关键光学特性,目前主要的商业化双折射晶体α-BaB2O4和YVO4双折射分别为0.12和0.22。针对氧化物中什么体系可产生大双折射这一科知识题,该团队发展了一种目标导向性高通量筛选方法,首先筛选微观极化率各向异性大的活性基元,在筛选具有优势排列的功能模块(FMs),结合第一性原理计算实现大双折射材料高通量筛选该团队发现了一系列双折射活性基元即含有C-O基团共轭大Π键的基团[C2O4]2-[C2O6]2-[C4O4]2-,[C6O6]2-该团队通过理论和实验结合,证实了这一方法的可行性,并基于该方法发现了从深紫外光到近红外区域的一系列具有较大双折射(0.1 ~ 1.35)化合物,其中大多数甚至突破了目前已知氧化物双折射的极限。通过理论和实验发现,该系列化合物中最大的双折射约为α-BaB2O411倍YVO4的6倍该团队通过实验合成了(NH4)2C2O4·H2O晶体,实验测得546 nm处的双折射为0.248,初步评估该晶体应用前景的紫外双折射晶体。除了功能基团该团队发现A位阳离子光学性质中起着重要的作用,影响C-O基团的密度和排列方式。筛选出的化合物证明了功能基团驱动策略的有效性,这将为探索新型双折射晶体起到重要的引导作用 

  图 1. (左)发展的高通量方法及系统,(右)筛选出双折射优势基元及对应的巨双折射材料(插图为(NH4)2C2O4·H2O晶体)。 

  该工作发表以全文形式在化学顶级期刊《德国应用化学》上(Series of Crystals with Giant Optical Anisotropy: A Targeted Strategic Researchdoi.org/10.1002/anie.202011006)。中科院新疆理化所为第一完成单位,研究生佟廷浩、张文耀为第一编辑,杨志华研究员和潘世烈研究员为通讯编辑。 

  该研究工作获得国家自然科学基金-优秀青年基金项目、中科院等项目的支撑。 

  文章链接:https://doi.org/10.1002/anie.202011006