中澳中心研究团队在紫外/中红外晶体材料研究中取得系列重要进展

发布时间: 2024-04-21 11:24:23 浏览次数 : 1043 来源:中国海洋大学

近日，中国海洋大学材料科学与工程学院中-澳国际联合研究中心团队在共价钼碲酸盐氧化物光学晶体材料研究中取得重要进展，实现了紫外宽频带倍频光学晶态材料光学各向异性的新突破。学校中-澳国际中心团队与中科院北京理化技术研究所和澳大利亚国立大学等单位研究团队紧密合作，应用一种新颖的氧阴离子聚合策略，创制了一例具有强光学各向异性、同时具有大倍频效应的钼碲酸盐晶体材料Mo(H2O)Te2O7 (MTO)。相关研究成果以“Giant Optical Anisotropy in a Covalent Molybdenum Tellurite via Oxyanion Polymerization” (运用氧阴离子聚合在共价钼碲酸盐中实现了巨大的光学各向异性)为题，发表于国际著名学术期刊Advanced Science，并因研究工作的重要创新性和同行专家的高度认同被Advanced Science编辑委员会遴选为期刊最新一期的封面文章。

双折射晶体是产生和调制偏振光的关键光学材料，在激光偏光技术、偏光信息处理、高精度科研仪器等先进光学技术领域具有重大的实际应用。然而，现有双折射率晶体材料因其服役性能难以满足先进激光制造技术与工艺的实际应用需求。基于这一不平衡，设计合成和创制具有强光学各向异性的双折射率晶体材料是当前先进光学材料领域的一个极富挑战的研究热点与技术难题。

在这项研究中，中澳中心研究团队提出了氧阴离子聚合策略，通过聚合三种具有强极化率各向异性的氧阴离子使氧化物实现了大双折射率。区别于碱/碱土金属抗衡阳离子，具有二阶姜-泰勒效应畸变的阳离子可表现出大的微观极化率各向异性。由该阳离子形成的多面体通常被视为双折射率光学晶体材料设计中的优选结构单元。不含碱/碱土金属抗衡阳离子，即仅由二阶姜-泰勒效应活性阳离子构筑的晶体材料有利于获得具有光学各向异性的结构。聚合含氧阴离子可以促进光学功能基元紧凑的共价结构的形成。这种结构构型可使氧化物晶体材料实现强光学各向异性。

研究团队还运用单晶结构X射线衍射分析结合第一性原理理论进行模拟计算，深入探讨并阐明了MTO可实现大双折射率和强倍频效应可归因于聚合的碲基氧阴离子和钼基氧阴离子的协同作用。实验研究显示，MTO的紫外吸收截止边位于366 nm处，同时具有大的双折射率(0.528@546 nm)，该双折射率值在目前已报道的无机紫外透过氧化物晶体材料中为最大值;MTO同时具有强的倍频效应(5.4× KDP)。该项研究对于创制研发新型紫外波段下大双折射晶体材料具有重要的科学意义和示范作用。

中澳国际中心研究团队近期相继在氧化物二阶非线性光学晶体的研制方面取得一系列重要研究进展。他们基于d0过渡金属钒酸多面体和具有立体孤对电子的碘酸盐，应用一种次级键驱动构筑非中心对称材料的新策略，设计创制了一例具有强倍频响应和大光学各向异性的宽频带极性二阶非线性光学晶体材料VO2(H2O)(IO3)，实现了可见-中红外宽频带倍频光学晶态材料的新突破，相关研究成果“Secondary-Bond-Driven Construction of a Polar Material Exhibiting Strong Broad-Spectrum Second-Harmonic Generation and Large Birefringence”发表于国际化学与材料领域顶级学术期刊之一《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition, 2024, 63(10), e202318107)。他们还采用单一功能金属氧卤多面体模块以提高晶态材料结构微观极化率和畸变度的策略，设计研制了一例具有强倍频效应和大双折射率的高价过渡金属氧卤光学倍频晶态材料MoO2Cl2，突破了氧卤化物晶体光学倍频效应和双折射率同步优化增益难题，相关研究成果“Giant Mid-Infrared Second-Harmonic Generation Response in a Densely-Stacked Van Der Waals Transition-Metal Oxychloride”发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition, 2023, 62(42), e202310835)。

上述系列研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、教育部创新团队、科技部重点领域创新团队和教育部-国家外专局高等学校学科创新引智计划等的支持。