近日，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所對外發(fā)布一項重大科研成果，在中遠紅外雙折射晶體研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多項原創(chuàng)性突破。該所科研團隊成功研發(fā)出新型結(jié)構(gòu)晶體，并創(chuàng)新了相關(guān)測試方法，有效破解了長期以來制約儀器設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展的核心材料與表征難題，為我國紅外光子學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)化升級、打破國外技術(shù)壟斷提供了有力支撐。

行業(yè)痛點突出 核心技術(shù)受困

中遠紅外雙折射晶體是紅外偏振調(diào)控、激光技術(shù)及紅外光子學(xué)儀器的核心組成部分，廣泛應(yīng)用于軍事紅外對抗、大氣監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診療、紅外成像等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，其性能好壞直接關(guān)系到儀器的探測精度、適用范圍和運行穩(wěn)定性。

長期以來，全 球儀器設(shè)備行業(yè)都面臨著三大核心難題：現(xiàn)有晶體難以同時兼顧寬紅外透明范圍與高雙折射性能，無法滿足高端儀器的使用需求；Hg基硫?qū)倩镫m被認(rèn)為是極具潛力的優(yōu)質(zhì)材料體系，但業(yè)內(nèi)對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能機理的認(rèn)識還不夠系統(tǒng)，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化；新型紅外晶體大多只有毫米級尺寸，傳統(tǒng)測試方法無法對其進行精準(zhǔn)表征，這也阻礙了晶體的落地應(yīng)用和儀器的升級迭代。

與此同時，我國紅外儀器核心材料長期高度依賴進口。數(shù)據(jù)顯示，2025年我國紅外探測器核心材料進口額達4.7億美元，其中德美日三國的進口占比超過73%，這種“卡脖子”困境，嚴(yán)重制約了我國紅外儀器產(chǎn)業(yè)的自主可控發(fā)展。

新型晶體問世 性能領(lǐng)跑全 球

針對上述材料領(lǐng)域的瓶頸問題，中科院新疆理化所科研團隊集中力量開展專項攻關(guān)，首次在Hg基硫鹵化物體系中，成功構(gòu)筑出線性[Hg3Se2]多核簇結(jié)構(gòu)單元。這種結(jié)構(gòu)單元會沿著特定晶向高度有序排列，形成類鱗英石拓?fù)涔羌?，其明顯的取向一致性，為研發(fā)強光學(xué)各向異性材料提供了全新的思路。

依托這一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，團隊成功制備出Hg18Ga8Se8Cl32單晶。該晶體的性能表現(xiàn)處于全 球領(lǐng)先水平：不僅擁有0.4μm—25μm的超寬紅外透明窗口，能夠全面覆蓋中遠紅外關(guān)鍵大氣窗口；在546.1nm處，其雙折射值高達0.871，即便到了3.5μm處，仍能保持0.453的高雙折射值，徹底打破了長期以來紅外透明窗口與大雙折射難以兼顧的傳統(tǒng)局限。

據(jù)悉，這款新型晶體可直接應(yīng)用于高端紅外偏振器、激光調(diào)制器、探測器等核心部件，有望替代進口材料，既能大幅提升國產(chǎn)紅外儀器的性能，又能降低生產(chǎn)成本，推動國產(chǎn)紅外儀器在國防、民用等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

創(chuàng)新測試方法 破解表征難題

除了材料方面的突破，針對新型紅外晶體尺寸偏小、難以精準(zhǔn)表征這一行業(yè)共性問題，科研團隊還同步提出并驗證了一種新的紅外雙折射測量方法，該方法基于偏振態(tài)調(diào)制與相位延遲分析原理，通過精準(zhǔn)分析兩正交偏振分量之間的相位差，實現(xiàn)了對小尺寸晶體在近紅外至中紅外波段雙折射的定量表征，填補了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白。

業(yè)內(nèi)專家表示，這種新型測試方法可直接轉(zhuǎn)化為專用測試設(shè)備，能夠滿足科研機構(gòu)和儀器制造商在研發(fā)、檢測方面的需求，有效縮短晶體從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的周期，同時也為紅外儀器核心元件的質(zhì)量管控提供了全新方案，助力紅外測試儀器向精準(zhǔn)化、小型化方向升級。

機理闡釋閉環(huán) 奠定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

為了讓這項科研成果能夠被復(fù)制、被廣泛推廣，團隊結(jié)合變溫單晶XRD、原位拉曼光譜實驗以及第一性原理計算等多種手段，系統(tǒng)揭示了新型晶體具備優(yōu)異光學(xué)性能的微觀原因。實驗與理論研究結(jié)果相互印證，證實線性[Hg3Se2]單元擁有目前已知雙折射活性結(jié)構(gòu)單元中最高的極化率各向異性，其有序排列的特性，顯著放大了晶體的雙折射效應(yīng)；而電子—聲子耦合主導(dǎo)的動態(tài)晶格畸變機制，也成功解釋了該材料的可逆熱致變色行為。

此次研究形成了“結(jié)構(gòu)設(shè)計—材料制備—性能測試—機理闡釋”的完整閉環(huán)，不僅為Hg基硫?qū)倩锏暮罄m(xù)研發(fā)提供了明確的理論指導(dǎo)，也為儀器核心材料的定制化研發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)，助力紅外儀器向高端化、定制化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。