中远红外双折射晶体是偏振调控、激光技术和红外光子学中的关键功能材料，但现有材料普遍面临红外透明范围有限、双折射与透明窗口难以兼顾以及晶体尺寸受限导致表征困难等问题。Hg基硫属化物由于重元素组成和独特的配位结构，被认为是实现高双折射与宽红外透明窗口的潜在体系，但其结构设计与性能机理仍缺乏系统认识。近期科研人员通过构筑含线性[Hg₃Se₂]单元的新型Hg基硫卤化物Hg₁₈Ga₈Se₈Cl₃₂，系统研究了其晶体结构、光学性质及热响应行为，并结合实验与理论揭示了超宽红外透明与巨大双折射协同实现的结构起源。同时提出了一种适用于小尺寸晶体的红外双折射测量策略，为新型中远红外双折射材料的设计与表征提供了新思路。

中国科学院新疆理化技术研究所晶体研究中心首次在Hg基硫卤化物体系中构筑了线性[Hg₃Se₂]多核簇结构单元，该单元沿特定晶向高度有序排列，形成类鳞英石拓扑骨架。不同于传统四面体或链状硫属化物结构，该线性簇在晶体中表现出显著的取向一致性，为实现强光学各向异性提供了全新的结构设计思路。

所获得的Hg₁₈Ga₈Se₈Cl₃₂单晶同时具备0.4-25 μm的超宽红外透明窗口，覆盖中远红外关键大气窗口，以及在546.1 nm处高达0.871的巨大双折射，在3.5 μm处仍保持0.453的高双折射值。该性能组合在已报道的Hg基硫属化物及红外双折射晶体中处于领先水平，突破了红外透明窗口与大双折射难以兼顾的传统限制。

针对新型红外晶体普遍仅能获得毫米级尺寸、难以采用传统中红外双折射测试方法的难题，科研团队提出并验证了一种基于偏振态调制与相位延迟分析的红外双折射测量方法。该方法通过精确分析两正交偏振分量之间的相位差，实现了小尺寸晶体在近红外至中红外波段双折射定量表征。

结合变温单晶XRD、原位拉曼光谱与第一性原理计算，系统揭示了Hg₁₈Ga₈Se₈Cl₃₂中显著光学性能的微观起源。实验与理论一致表明，线性[Hg₃Se₂]单元具有目前已知双折射活性结构单元中最高的极化率各向异性（δ ≈ 430），其高度取向排列显著放大了整体晶体的双折射效应；同时，电子-声子耦合主导的动态晶格畸变机制解释了材料的可逆热致变色行为。

该研究论文以“[Hg₃Se₂]^2-cluster drives giant optical anisotropy and broad infrared transparency”为题，发表在材料领域权威期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。新疆理化技术研究所为唯一完成单位，博士研究生任齐贤、副研究员崔晨、陈鑫晨为第一作者，吴雅博副研究员和潘世烈研究员为通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划、上海合作组织科技伙伴计划、国家博士后特别资助及自治区“天池英才”项目的资助。

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图：(a) Hg₁₈Ga₈Se₈Cl₃₂中Hg原子的配位环境。(b) 沿b轴方向延伸的一维螺旋通道结构。(c) 沿b轴方向排列的Hg₈Se₆单元的椅式构象。(d) 沿c轴方向螺旋通道与椅式构象单元交替反平行堆积的结构特征。(e) 沿b轴方向观察的Hg₁₈Ga₈Se₈Cl₃₂晶体结构。