潘世烈研究团队在探索大双折射晶体研究方面取得进展

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双折射晶体是制备偏振器、光隔离器、环形器、相位延迟器等器件的关键材料，被广泛应用于激光偏光技术、偏光信息处理、高精度科研仪器等领域。目前，α-BaB2O4作为综合性能最优秀的紫外双折射晶体，其双折射率小于YVO4和TiO2，影响光学器件的小型化。因此，设计探索具有大双折射率的紫外双折射晶体尤为重要。与π-共轭基元[BO3]、[CO3]、[NO3]相比，极性小或无极性的非π-共轭基元[PO4]不利于产生大双折射率，因此，在磷酸盐体系中设计大双折射晶体是一个挑战。

图(a) Sn2PO4I的晶体结构；(b) [PO4]和[Sn2O4]形成的二维[Sn2PO4]∞层

　　针对设计磷酸盐大双折射晶体的难题，中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈研究团队以利于产生大光学各向异性的KBe2BO3F2层为结构模板，将具有孤对电子效应的[SnOX]多面体和[PO4]进行组装，设计制备出毫米级Sn2PO4I晶体，并对该晶体进行了光学性能测试，有趣的是，Sn2PO4I的双折射率大于等于0.664 @546 nm，超过目前已报道硼酸盐、磷酸盐晶体的双折射率，是商业化双折射晶体YVO4的2.2倍，打破了在磷酸盐体系中设计大双折射晶体的壁垒。理论计算分析表明，一致排列的[SnOI]多面体是其大双折射率的主要来源。并基于SCB模型分析了19例含Sn2+硼酸盐和磷酸盐中孤对电子对双折射率的贡献，发现，Sn2PO4I的孤对电子化学立构活性更加明显，而且孤对电子排列方向较好。
　　Sn2PO4I晶体除了具有大的双折射率，该晶体还具有较低的生长温度、良好的化学稳定性，有望在偏振器、光隔离器等光学器件中得到应用，为未来探索大双折射材料提供了可行有效的方法。该研究成果以VIP（Very Important Paper）形式发表在Wiley公司出版的《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202111604）。中科院新疆理化所为唯一完成单位，在读研究生郭靖宇为第一作者，该研究工作得到国家基金委，中科院、自治区等项目资助。
　　文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202111604


      文章来源：新疆理化所
      潘世烈，男，理学博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，国家杰出青年科学基金获得者，国家"万人计划"领军人才入选者，中国科学院新疆理化技术研究所副所长，中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。1996年于郑州大学获得理学学士学位，同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位，2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位，2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后，到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇，其中，SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。