研究背景：

双折射晶体作为光学系统中关键的偏振调制元件，广泛应用于激光技术、偏振控制、光隔离器及通信基础设施等领域。然而，商用晶体（如α-BaB₂O₄, (BBO), CaCO₃等）的双折射值普遍低于0.3且带隙有限，严重制约了下一代光子系统的小型化与性能升级，开发兼具超高双折射与优异稳定性的新型材料成为全球研究热点。

文章概述：

安徽师范大学严冬团队通过分子工程策略设计合成了三款新型双折射晶体—(C₄H_4.5N₃OI)(ICl₂)_0.5 (1), (C₄H_4.5N₃OI)I₂Cl₃·2H₂O (2) 和 (C₄H₅N₃OI)ICl₂·H₂O (3)。该研究创新性地利用氢键中心和质子化的5-碘胞嘧啶阳离子π电荷中心双调控作用，实现了线性 ICl₂– 和 V 形 I₂Cl₃^- 活性基元的有序排列，最终使晶体在 546 nm 波长下的双折射值分别达到 0.672、0.705 和 0.746，不仅远超现有商用无机晶体，还刷新了多数已报道杂化晶体的性能纪录，同时还具备合适的带隙和一定的热稳定性。结构分析与密度泛函理论（DFT）计算证实，晶体中平面 π 共轭阳离子与线性ICl₂– 和 V 形 I₂Cl₃^- 阴离子的共面有序排列是高双折射的核心成因，而氢键导向与静电排斥的双重作用实现了双折射活性单元的定向优化。该研究建立了双折射活性单元排列的可控调控原则，为开发高性能双折射晶体提供了新路径。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。

图文导读：

图1.阳离子双调控策略机制示意图

图2.偏光显微镜下化合物1–3的双折射测量过程

图3.(a) 化合物1–3的计算线性折射率曲线；(b-d) 化合物1–3在546 nm 处的三轴折射率椭球，直观展示光学各向异性；(e) 化合物1–3与商用及已报道双折射晶体的性能对比

图4.化合物1–3的晶体结构中线性及V形阴离子基元的排列方式，以及1 (a), 2 (b), 3 (c)中阴离子基元相对于晶体学轴的取向角

结论：

该研究通过阳离子双调控策略，揭示了线性ICl₂–和V形I₂Cl₃^-活性基元的排列方式与光学各向异性的构效关系，为高性能双折射晶体的设计合成提供了全新范式。化合物1–3在546 nm处的双折射值分别达0.672、0.705和0.746，是商用无机双折射材料（通常Δn < 0.3）的2倍以上。并且首次将平面π-共轭基团、线性或V形阴离子基元整合，通过分子工程构建氢键网络，解决了双折射活性集元（BAUs）有序排列的关键难题。

论文信息：

Cationic-Dual-Modulated Linear and V-Shaped Birefringent-Active Unit Generates Remarkable Birefringence

Jing-Jing Zhao, Shu-Fang Li, Jin Chen, Hongbo Huang, Bingbing Zhang*, Dong Yan*

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.202503184

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202503184

期刊简介：

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的期刊，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。