雙折射晶體在光通信和激光工業(yè)中對(duì)偏振光的調(diào)制起到重要作用。目前，有數(shù)種雙折射晶體已商業(yè)化應(yīng)用，但可應(yīng)用于深紫外波段的雙折射晶體有限，深紫外雙折射晶體的發(fā)展面臨挑戰(zhàn)。 

　　通常實(shí)現(xiàn)晶體大雙折射的方法主要有：金屬陽(yáng)離子增益（引入易產(chǎn)生二階Jahn-Teller效應(yīng)和高極化的d¹⁰金屬陽(yáng)離子等）和功能陰離子基團(tuán)增益（引入具有大的極化率各向異性的平面型功能基團(tuán)，如[BO₃]、[B₃O₆]、[CO₃]、[NO₃]等）。其中，硼酸鹽具有短的紫外截止邊，在深紫外區(qū)透過(guò)有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此聚焦硼酸鹽基雙折射晶體材料和尋找新的性能優(yōu)異的硼酸鹽功能基團(tuán)對(duì)設(shè)計(jì)和發(fā)展深紫外雙折射晶體具有重要意義。 

　　中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新型光電功能晶體材料團(tuán)隊(duì)致力于硼酸鹽新型紫外、深紫外光學(xué)晶體的研究。近日，該團(tuán)隊(duì)提出羥基化的平面型π共軛的[B(OH)₃]和[B₃O₃(OH)₃]可作為一種高效的雙折射活性基團(tuán)用于設(shè)計(jì)深紫外雙折射晶體材料。研究將氫原子引入到[BO₃]和[B₃O₆]基團(tuán)中，有利于消除[BO₃]和[B₃O₆]基團(tuán)中終端氧原子的非鍵態(tài)，增大HOMO-LUMO帶隙；羥基的引入使[BO₃]和[B₃O₆]基團(tuán)中離域π軌道上的π電子更加彌散，有利于增大微觀基團(tuán)的極化率各向異性；[B(OH)₃]和[B₃O₃(OH)₃]基團(tuán)作為中性分子具有相似的配位環(huán)境和空間構(gòu)型，有利于它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)構(gòu)筑中呈現(xiàn)自由靈活的組裝模型。 

　　基于該功能基團(tuán)通過(guò)合理設(shè)計(jì)與組裝，該團(tuán)隊(duì)首次合成了四例新的羥基硼酸鹽——Cs₃[B(OH)₃]₂Cl₃ (CBHC-I)、CsB₃O₃(OH)₃Cl (CBHC-II)、Cs[B(OH)₃][B₃O₃(OH)₃]Cl (CBHC-III)和Rb₃[B(OH)₃][B₃O₃(OH)₃]₂Cl₃ (RBHC)。在它們的結(jié)構(gòu)中，[B(OH)₃]和[B₃O₃(OH)₃]功能基團(tuán)都呈現(xiàn)出非常一致的共平面排列，有利于產(chǎn)生大的雙折射率（0.057-0.123@532 nm）。此外，這些化合物采用傳統(tǒng)的水溶液法制備，合成條件溫和（溶劑揮發(fā)法，低于80 ^oC），并表現(xiàn)出短的深紫外截止邊（180 nm）。研究表明，基于π共軛的[B(OH)₃]和[B₃O₃(OH)₃]功能基團(tuán)的靈活組裝為設(shè)計(jì)合成新的深紫外雙折射晶體材料提供了新思路。 

　　相關(guān)研究成果以VIP（Very Important Paper）的形式，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金、新疆維吾爾自治區(qū)自治區(qū)重大專(zhuān)項(xiàng)等的支持。 

　　論文鏈接 

圖1.[BO₃]、[B(OH)₃]、[B₃O₆]和[B₃O₃(OH)₃]基團(tuán)的極化率各向異性和HOMO-LUMO帶隙 

圖2.CBHC-I、CBHC-II、CBHC-III和RBHC的晶體結(jié)構(gòu)