双折射晶体是产生和调制偏振光的关键材料，被广泛应用于光通信、偏光信息处理、高精度科研仪器以及激光工业等领域。当前能应用于深紫外波段(< 200 nm)的双折射材料设计仍是一个挑战。为了满足科技发展需求，开发综合性能优异的新型深紫外双折射材料仍然是亟待解决的问题。研究发现，具有共轭π轨道的 [BO₃]^3-平面基元能够产生大的极化率各向异性，进而利于获得大的双折射率，是短波长双折射材料设计的非常优异的基本结构基元。

在前期工作中，新疆理化所晶体材料研究中心利用经典偶极-偶极相互作用模型对B-O基团进行了理论研究，系统地计算了平面[BO₃]^3-单元聚合成的链状B_nO_2n+1 (n≥1)基团的极化各向异性，指出高聚合度的平面硼酸盐阴离子基团，如[B₂O₅]^4-，[B₄O₉]^6-、¹_∞[BO₂]链等的平均极化各向异性大于孤立的[BO₃]^3-基团，首次提出链状聚合[BO₃]^3-基元是设计大双折射深紫外晶体的优异结构基元（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 16311）。通过离子替代策略设计出含有共平面排列[B₂O₅]^4-基元的深紫外双折射晶体Li₂Na₂B₂O₅，该晶体具有较短的紫外截止边（181nm）和大的双折射率（0.095@532nm），并利用顶部籽晶法生长了尺寸为35 × 15 × 5 mm³的Li₂Na₂B₂O₅晶体，系统表征了其物化性能（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 3258）。在此基础上，团队人员进一步深入研究了¹_∞[BO₂]链的结构特点，提出^￥[BO₂]链的平面度越好越有利于光学各向异性的效应叠加，同时，结合碱金属硼酸盐Li-B-O体系优势，遴选出LiBO₂晶体并生长出尺寸达？55 × 34 mm³的高质量单晶，LiBO₂晶体具有大双折射率（0.168@266 nm）并将透过截止边推进到最短164 nm的深紫外区（Light: Sci. Appl., 2022, 11, 252）。上述研究为设计深紫外双折射晶体提供了新思路。

近期，研究人员继续在含有¹_∞[BO₂]链材料体系探索，通过向硼酸盐中引入共价性较强的AlO_mF_n (m + n = 4, 5, 6)基元诱导¹_∞[BO₂]链的形成，为含有¹_∞[BO₂]链深紫外双折射晶体的设计提供了新的途径。采用离子替代和氟化策略，成功合成了一例新的氟铝硼酸盐Li_0.5Na_0.5AlB₂O₄F₂，该晶体中含有近共面排列的¹_∞[BO₂]链及硼酸盐中首次发现的AlO₃F₃基团。Li_0.5Na_0.5AlB₂O₄F₂具有较短的紫外截止边 (< 200 nm)和较大的双折射率(≥0.108 @546 nm)，是一种潜在的深紫外双折射材料。

相关研究成果以全文形式发表在《先进光学材料》上（Adv. Optical Mater. 2022, 2202353），新疆理化所为唯一完成单位，张敏研究员和潘世烈研究员为通讯作者，博士研究生燕紫婷和硕士研究生储冬冬为共同第一作者。该研究工作得到了科技部、国家基金委和中科院青促会等项目的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202202353

晶体结构设计策略示意图