【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中遠紅外雙折射晶體是偏振調(diào)控、激光技術(shù)和紅外光子學(xué)中的關(guān)鍵功能材料，但現(xiàn)有材料普遍面臨紅外透明范圍有限、雙折射與透明窗口難以兼顧，以及晶體尺寸受限導(dǎo)致表征困難等問題。Hg基硫?qū)倩镉捎谥卦亟M成和獨特的配位結(jié)構(gòu)，被認為是實現(xiàn)高雙折射與寬紅外透明窗口的潛在體系，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能機理仍缺乏系統(tǒng)認識。
中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所首次在Hg基硫鹵化物體系中構(gòu)筑了線性[Hg3Se2]多核簇結(jié)構(gòu)單元。該單元沿特定晶向高度有序排列，形成類鱗英石拓撲骨架。不同于傳統(tǒng)四面體或鏈狀硫?qū)倩锝Y(jié)構(gòu)，該線性簇在晶體中表現(xiàn)出顯著的取向一致性，為實現(xiàn)強光學(xué)各向異性提供了全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。
研究獲得的Hg18Ga8Se8Cl32單晶具備0.4μm—25μm的超寬紅外透明窗口，覆蓋中遠紅外關(guān)鍵大氣窗口，同時，在546.1nm處表現(xiàn)出高達0.871的雙折射值，在3.5μm處仍保持0.453的雙折射值。該性能組合在已報道的Hg基硫?qū)倩锛凹t外雙折射晶體中處于領(lǐng)先水平，突破了紅外透明窗口與大雙折射難以兼顧的傳統(tǒng)限制。
針對新型紅外晶體普遍僅能獲得毫米級尺寸、難以采用傳統(tǒng)中紅外雙折射測試方法的難題，科研團隊提出并驗證了一種基于偏振態(tài)調(diào)制與相位延遲分析的紅外雙折射測量方法。該方法通過精確分析兩正交偏振分量之間的相位差，實現(xiàn)了小尺寸晶體在近紅外至中紅外波段雙折射定量表征。
結(jié)合變溫單晶XRD、原位拉曼光譜與第一性原理計算，研究系統(tǒng)揭示了Hg18Ga8Se8Cl32中顯著光學(xué)性能的微觀起源。實驗與理論一致表明，線性[Hg3Se2]單元具有目前已知雙折射活性結(jié)構(gòu)單元中最高的極化率各向異性，其高度取向排列顯著放大了整體晶體的雙折射效應(yīng)。同時，電子—聲子耦合主導(dǎo)的動態(tài)晶格畸變機制解釋了材料的可逆熱致變色行為。
相關(guān)研究成果以[Hg3Se2]2- cluster drives giant optical anisotropy and broad infrared transparency為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、新疆維吾爾自治區(qū)“天池英才”引進計劃等的支持。
中遠紅外雙折射晶體研究取得進展
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