由于具有宽的光学带隙、短的紫外截止边，硫酸盐已成为光学晶体领域的一个重要研究对象。SO₄基元近乎正四面体结构具有高的对称性，使其极化率各向异性较小，因而对晶体的双折射几乎没有贡献，这阻碍了它们在光学材料领域的应用。受到带隙和双折射平衡关系的制约，如何在保证宽带隙的情况下提高材料的双折射是一个亟需解决的问题。

中国科学院新疆理化技术研究所潘世烈团队提出了一种双折射提升策略，通过配体取代优化硫酸盐基元的光学性质，以实现宽带隙和大双折射的性能。该策略首先打破SO₄基元的高对称性，引入不同基团进行配体取代。基于原始SO₄基元的晶体工程配体取代探索，涉及13种潜在模块基元。与原始SO₄单元相比，新模块的各向异性得到提高，满足晶体工程设计目标。为验证设计的优越性，团队组装了15种化合物并评估其光学性能，其中9种晶体结构为首次发现。实验中，生长了厘米级尺寸的氨基磺酸氨基胍晶体，并评估了其双折射等光学性质。通过配体取代，这些衍生物的双折射是对应硫酸盐的4-6倍。氨基磺酸氨基胍的双折射约为硫酸锂的35倍，显著提升双折射，证实了新范式的优越性。与传统的试错法不同，本研究提出的新范式，通过策略性地裁剪SO₄基元并实施配体取代调控光学性质，显著提升了硫酸盐衍生物晶体的双折射。通过对微观基元配体取代影响的预先评估，提出的新范式提高了设计高性能光学晶体的成功率，促进了新型双折射晶体的研发，为短波长区域新型光学材料的探索提供了新思路。

相关研究成果以全文Research Article形式发表在ACS Central Science上，新疆理化技术研究所为唯一完成单位，新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈研究员和韩健研究员为通讯作者，博士研究生胡晨辉为第一作者。该研究工作得到科技部，国家自然科学基金委，中国科学院和新疆维吾尔自治区科技厅等项目的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.4c01401

设计的新型化合物与原始化合物的双折射性能比较示意图