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双折射晶体可以调制偏振相关的光传播，特别是可以将一束入射光分成两束偏振光。因此，双折射晶体广泛用于多种光学元件，例如，偏振片、相位延迟片、分束器、起偏器等，从而在光通信、偏振成像、全息显示等领域具有非常重要的用途。
近日，中国科学院福建物质结构研究所赵三根研究员、罗军华研究员等通过理论计算，成功预测了一类新的功能阴离子基元(HxC6N9)(3-x)- (x = 0, 1, 2)，并成功合成了一例新的光学各向异性晶体CsH2C6N9·H2O。引入注目的是，该晶体不仅可以透过紫外光，还表现出非常大的双折射率，大约为0.55@550 nm。这一数值远大于所有的商业双折射晶体，例如β-BaB2O4 (约0.12@550 nm)。
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图1. CsH2C6N9·H2O的晶体结构。(a) CsH2C6N9·H2O晶体结构中的单层。(b) CsH2C6N9·H2O的赝二维层状结构。
结构分析表明，在CsH2C6N9·H2O的晶体结构中，(H2C6N9)-阴离子基元相互平行（见图1）。进一步的理论计算表明，(H2C6N9)-阴离子基元中，(C3N3)环的π轨道和线性-(N-C≡N)-基元的π轨道相互平行，其微观一阶光学各向异性极化率相互叠加，即π轨道的协同效应是该晶体产生大双折射率的主要原因。
图2. (a) CsH2C6N9·H2O的三维电子局域函数(ELF)图。(b) 通过(H2C6N9)-平面切割的二维ELF图。(c) CsH2C6N9·H2O的HOMO图。(d) CsH2C6N9·H2O的LUMO图。(e) CsH2C6N9·H2O晶体结构中的(H2C6N9)-的π轨道。
作者相信，该项工作为光学各向异性晶体的基本结构-性能关系提供了新的见解，将促进优异双折射晶体材料的设计与合成。
论文信息
An Optically Anisotropic Crystal with Large Birefringence Arising from Cooperative π Orbitals
Yanqiang Li,Dr. Xu Zhang,Yang Zhou,Weiqi Huang,Yipeng Song,Han Wang,Minjuan Li,Prof. Maochun Hong,Prof. Junhua Luo,Prof. Sangen Zhao
文章的第一作者是中国科学院大学博士研究生李雁强。
Angewandte Chemie International Edition
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