潘世烈课题组Angew. Chem. Int. Ed.：在大双折射率增益研究方面获进展

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当一束光波投射到晶体界面上，一般会产生两束折射光，这种现象称之为双折射。晶体的双折射率是光电材料的重要光学性能参数，双折射晶体用途广泛，主要应用于光学通讯、光学器件以及激光加工业等。因此，对大双折射材料和优良双折射基团的探索一直是国际上研究的难点和热点。决定晶体双折射性能的主要因素是阴离子框架和阳离子多面体。对于无立构活性的碱金属、碱土金属而言，阴离子框架是决定晶体双折射性能的重要因素。然而，阳离子尤其是含有立构活性的阳离子对晶体双折射性能也会产生重要影响。目前，Pb2+，Sn2+的孤对电子的立构活性对双折射的影响还只停留于理论计算层面，并且未见实验方面证实Sn2+的孤对电子对双折射大幅增益的报道。

　　最近，中国科学院新疆理化技术研究所特殊环境材料与器件重点实验室研究员潘世烈带领的团队一直致力于探索大双折射材料及产生大双折射率的来源机制，通过对首例Sn2+的硼酸盐氯化物Sn2B5O9Cl和同构碱土金属硼酸盐的双折射率测试研究，首次从实验上证明拥有立构活性的Sn2+能够激发双折射率的大幅增益。团队研究人员在密闭体系下得到了Sn2B5O9Cl晶体（1 × 1 × 0.5 mm3），并且通过顶部籽晶法得到同构的Ba2B5O9Cl晶体（5 × 4 × 1.0 mm3），借助偏光显微镜和宝石折射率仪测量了晶体的双折射率。实验数据和理论计算结果都显示出Sn2B5O9Cl拥有超大的双折射率（0.168@546 nm），其双折射率更是同构化合物Ba2B5O9Cl的16.8倍（0.010@546 nm）。
　　研究人员结合理论计算和结构对比分析双折射率大幅增益的来源。Sn2B5O9Cl大的双折射率主要来源于高度畸变的锡氧氯多面体以及畸变BO3基团的贡献，然而这些畸变在同构化合物Ba2B5O9Cl是不存在的。通过实空间原子切割的方法进一步说明了大双折射率的增益是来源于立构活性的锡氧氯多面体。
　　为了进一步证明Sn2+能激发双折射率大幅增益，研究人员基于理论计算研究分析了β-SnB4O7以及同构的β-CaB4O7，SrB4O7的双折射性能，并且发现β-SnB4O7的双折射率约是同构碱土金属硼酸盐的30倍，这进一步证实了碱土金属阳离子—Sn2+的替代可以激发双折射率大幅增益。更重要的，碱土金属阳离子—Sn2+的替代不仅可以获得双折射率的大幅增益，还为未来探索大双折射率材料提供了新的思路。
　　该系列研究成果以Very Important Papwer发表在Wiley公司出版的《德国应用化学》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2019,DOI: 10.1002/anie.201911187)。该研究工作得到国家基金委、国家科技部和中科院等的资助。
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       关于双折射晶体
       当一束光波投射到晶体界面上，一般会产生两束折射光束，这种现象称为双折射。由于晶体材料各向异性，这两束折射光线的夹角大小与光波的传播方向以及偏振状态有关。产生双折射现象的晶体叫做双折射晶体。双折射晶体的作用类似于两个透振方向互相垂直的起偏器。双折射晶体分为单轴晶体和双轴晶体，从晶体结构上分析，称为单轴晶的材料属于三、四及六方晶系，可在其中的一个平面内找到2个或多个结晶学上等价的方向；另一类称为双轴晶体的材料属于三斜、单斜或斜方晶系，没有2个结晶学上等价的方向可供选择。晶体的双折射是电光功能材料的重要光学性能参数。

       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。授权美国发明专利7项，授权中国发明专利61项。已培养博士研究生20名，硕士研究生31名，出站博士后4名。目前在站博士后3名，在读博士研究生12名，硕士研究生26名。