本站訊 近日，中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中-澳國際聯(lián)合研究中心團(tuán)隊(duì)在共價(jià)鉬碲酸鹽氧化物光學(xué)晶體材料研究中取得重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了紫外寬頻帶倍頻光學(xué)晶態(tài)材料光學(xué)各向異性的新突破。學(xué)校中-澳國際中心團(tuán)隊(duì)與中科院北京理化技術(shù)研究所和澳大利亞國立大學(xué)等單位研究團(tuán)隊(duì)緊密合作，應(yīng)用一種新穎的氧陰離子聚合策略，創(chuàng)制了一例具有強(qiáng)光學(xué)各向異性、同時(shí)具有大倍頻效應(yīng)的鉬碲酸鹽晶體材料Mo(H2O)Te2O7 (MTO)。相關(guān)研究成果以“Giant Optical Anisotropy in a Covalent Molybdenum Tellurite via Oxyanion Polymerization” (運(yùn)用氧陰離子聚合在共價(jià)鉬碲酸鹽中實(shí)現(xiàn)了巨大的光學(xué)各向異性)為題，發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊Advanced Science，并因研究工作的重要?jiǎng)?chuàng)新性和同行專家的高度認(rèn)同被Advanced Science編輯委員會遴選為期刊最新一期的封面文章。
雙折射晶體是產(chǎn)生和調(diào)制偏振光的關(guān)鍵光學(xué)材料，在激光偏光技術(shù)、偏光信息處理、高精度科研儀器等先進(jìn)光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有重大的實(shí)際應(yīng)用。然而，現(xiàn)有雙折射率晶體材料因其服役性能難以滿足先進(jìn)激光制造技術(shù)與工藝的實(shí)際應(yīng)用需求?；谶@一不平衡，設(shè)計(jì)合成和創(chuàng)制具有強(qiáng)光學(xué)各向異性的雙折射率晶體材料是當(dāng)前先進(jìn)光學(xué)材料領(lǐng)域的一個(gè)極富挑戰(zhàn)的研究熱點(diǎn)與技術(shù)難題。
在這項(xiàng)研究中，中澳中心研究團(tuán)隊(duì)提出了氧陰離子聚合策略，通過聚合三種具有強(qiáng)極化率各向異性的氧陰離子使氧化物實(shí)現(xiàn)了大雙折射率。區(qū)別于堿/堿土金屬抗衡陽離子，具有二階姜-泰勒效應(yīng)畸變的陽離子可表現(xiàn)出大的微觀極化率各向異性。由該陽離子形成的多面體通常被視為雙折射率光學(xué)晶體材料設(shè)計(jì)中的優(yōu)選結(jié)構(gòu)單元。不含堿/堿土金屬抗衡陽離子，即僅由二階姜-泰勒效應(yīng)活性陽離子構(gòu)筑的晶體材料有利于獲得具有光學(xué)各向異性的結(jié)構(gòu)。聚合含氧陰離子可以促進(jìn)光學(xué)功能基元緊湊的共價(jià)結(jié)構(gòu)的形成。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)型可使氧化物晶體材料實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光學(xué)各向異性。
研究團(tuán)隊(duì)還運(yùn)用單晶結(jié)構(gòu)X射線衍射分析結(jié)合第一性原理理論進(jìn)行模擬計(jì)算，深入探討并闡明了MTO可實(shí)現(xiàn)大雙折射率和強(qiáng)倍頻效應(yīng)可歸因于聚合的碲基氧陰離子和鉬基氧陰離子的協(xié)同作用。實(shí)驗(yàn)研究顯示，MTO的紫外吸收截止邊位于366 nm處，同時(shí)具有大的雙折射率(0.528@546 nm)，該雙折射率值在目前已報(bào)道的無機(jī)紫外透過氧化物晶體材料中為最大值；MTO同時(shí)具有強(qiáng)的倍頻效應(yīng)(5.4× KDP)。該項(xiàng)研究對于創(chuàng)制研發(fā)新型紫外波段下大雙折射晶體材料具有重要的科學(xué)意義和示范作用。
中澳國際中心研究團(tuán)隊(duì)近期相繼在氧化物二階非線性光學(xué)晶體的研制方面取得一系列重要研究進(jìn)展。他們基于d0過渡金屬釩酸多面體和具有立體孤對電子的碘酸鹽，應(yīng)用一種次級鍵驅(qū)動構(gòu)筑非中心對稱材料的新策略，設(shè)計(jì)創(chuàng)制了一例具有強(qiáng)倍頻響應(yīng)和大光學(xué)各向異性的寬頻帶極性二階非線性光學(xué)晶體材料VO2(H2O)(IO3)，實(shí)現(xiàn)了可見-中紅外寬頻帶倍頻光學(xué)晶態(tài)材料的新突破，相關(guān)研究成果“Secondary-Bond-Driven Construction of a Polar Material Exhibiting Strong Broad-Spectrum Second-Harmonic Generation and Large Birefringence”發(fā)表于國際化學(xué)與材料領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)期刊之一《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition, 2024, 63(10), e202318107)。他們還采用單一功能金屬氧鹵多面體模塊以提高晶態(tài)材料結(jié)構(gòu)微觀極化率和畸變度的策略，設(shè)計(jì)研制了一例具有強(qiáng)倍頻效應(yīng)和大雙折射率的高價(jià)過渡金屬氧鹵光學(xué)倍頻晶態(tài)材料MoO2Cl2，突破了氧鹵化物晶體光學(xué)倍頻效應(yīng)和雙折射率同步優(yōu)化增益難題，相關(guān)研究成果“Giant Mid-Infrared Second-Harmonic Generation Response in a Densely-Stacked Van Der Waals Transition-Metal Oxychloride”發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition, 2023, 62(42), e202310835)。
上述系列研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和教育部-國家外專局高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃等的支持。
通訊員：李偉
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202306670
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編輯：劉蒞
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