深紫外光用途に有望な新しい硫酸塩結晶を6種開発(Researchers Develop Six New Sulfate Crystals with Enhanced DUV Birefringence)

2025-11-14 中国科学院(CAS)

中国科学院・新疆理化技術研究所の研究チームは、深紫外(DUV)領域で高複屈折性を示す新規硫酸塩結晶を6種類開発した。硫酸塩は広いエネルギーギャップを持つためDUV光学材料として有望だが、[SO₄]四面体の低い分極異方性が複屈折向上の妨げとなっていた。研究チームはこの課題に対し、電子配置 f⁰ をもつY³⁺をアルカリ金属硫酸塩に導入し、AY(SO₄)₂およびA₃Y(SO₄)₃(A=K, Rb, Cs)の6化合物を合成した。構造解析により、Y³⁺が高度に歪んだ[YOn]多面体(n=7, 8)を形成し、[SO₄]と結合するY–O–Sネットワークがアルカリ金属半径の増大に伴い3次元から2次元に近い層状構造へ変化することが判明した。この構造変化が光学異方性を増強し、計算では546nmで0.013~0.056の複屈折を示し、親化合物の最大25倍に達した。6化合物とも200nm以下の吸収端を保持しており、DUV用光学材料としての要件を満たす。研究成果は、今後の高性能DUV複屈折結晶および非線形光学材料の設計に新たな指針を与える。

<関連情報>

希土類金属中心多面体によるアルカリ金属硫酸塩の複屈折の増強と陽イオンによる構造制御 Enhancement of Birefringence in Alkali Metal Sulfates Induced by Rare Earth Metal-Centered Polyhedra and Structure Regulation via Cations

Luyong Zhang,Zhencheng Wu,Jingdong Yan,Shibin Wang,Zilong Chen,Zhihua Yang,Fangfang Zhang,and Shilie Pan
Chemistry of Materials  Published October 23, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5c02373

Abstract

深紫外光用途に有望な新しい硫酸塩結晶を6種開発(Researchers Develop Six New Sulfate Crystals with Enhanced DUV Birefringence)

Sulfates have remained promising candidates for deep-ultraviolet (DUV) optical crystals owing to the inherently wide bandgaps induced by the [SO4] tetrahedral groups. However, the structural rigidity of [SO4] tetrahedra imposes severe restrictions on the polarization anisotropy, fundamentally preventing sulfates from achieving sufficient birefringence required for regulating light polarization. Herein, by incorporating f0 rare earth metal cation Y3+ into alkali metal sulfates, we synthesized six compounds, AY(SO4)2 and A3Y(SO4)3 (A = K, Rb, Cs). They exhibit dramatically enhanced birefringence between 0.013–0.056 at 546 nm, with up to 25 times that of their parent alkali metal sulfates, which originate from the highly aberrant Y–O polyhedra and the dimensionality reduction of the Y–O–S network regulated by A-site cations. This study provides valuable insights into the further exploration of sulfate-based optical materials.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました