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針對什么體系能產生高性能雙折射這一科學問題，中科院新疆理化所光電功能團隊首先揭示了微觀基團的光學各向異性響應機制，發(fā)展了可以快速篩選雙折射率的電荷密度各向異性響應方法（REDA方法，Chem. Commun., 2017, 53, 2818），并分析了含有四面體基元體系對雙折射提升機制研究（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 10726）。在此基礎上，該團隊進一步發(fā)展了基于第一性原理的雙折射高通量設計篩選方法，并實現了巨雙折射晶體的高通量篩選。

雙折射是偏振光的一個關鍵光學特性，目前主要的商業(yè)化雙折射晶體α-BaB2O4和YVO4的雙折射分別為0.12和0.22。針對氧化物中什么體系可產生大雙折射這一科學問題，該團隊發(fā)展了一種目標導向性高通量篩選方法，首先篩選微觀極化率各向異性大的活性基元，在篩選具有優(yōu)勢排列的功能模塊(FMs)，結合第一性原理計算實現大雙折射材料高通量篩選。該團隊發(fā)現了一系列雙折射活性基元即含有C-O基團共軛大Π鍵的基團[C2O4]2-，[C2O6]2-，[C4O4]2-，[C6O6]2-。該團隊通過理論和實驗結合，證實了這一方法的可行性，并基于該方法發(fā)現了從深紫外光到近紅外區(qū)域的一系列具有較大雙折射（0.1 ~ 1.35）化合物，其中大多數甚至突破了目前已知氧化物雙折射的極限。通過理論和實驗發(fā)現，該系列化合物中最大的雙折射約為α-BaB2O4的11倍和YVO4的6倍。該團隊通過實驗合成了(NH4)2C2O4·H2O晶體，實驗測得546 nm處的雙折射為0.248，初步評估該晶體有應用前景的紫外雙折射晶體。除了功能基團，該團隊發(fā)現A位陽離子在光學性質中也起著重要的作用，即影響C-O基團的密度和排列方式。篩選出的化合物證明了功能基團驅動策略的有效性，這將為探索新型雙折射晶體起到重要的指導作用。

圖 1. （左）發(fā)展的高通量方法及系統，（右）篩選出雙折射優(yōu)勢基元及對應的巨雙折射材料（插圖為(NH4)2C2O4·H2O晶體）。

該工作發(fā)表以全文形式在化學頂級期刊《德國應用化學》上（Series of Crystals with Giant Optical Anisotropy: A Targeted Strategic Research， doi.org/10.1002/anie.202011006）。中科院新疆理化所為第一完成單位，研究生佟廷浩、張文耀為第一作者，楊志華研究員和潘世烈研究員為通訊作者。

該研究工作獲得國家自然科學基金-優(yōu)秀青年基金項目、中科院等項目的支持。

參考資料

[1]中科院新疆理化所，中科院新疆理化所在高性能雙折射晶體高通量設計篩選中取得重要進展

[2]https://doi.org/10.1002/anie.202011006