Investigadores del Instituto de Investigación en la Estructura de la Materia de la Academia China de Ciencias han realizado un avance significativo en el desarrollo de cristales birefringentes para aplicaciones en el infrarrojo. En un estudio publicado en Angewandte Chemie International Edition, liderado por el profesor Kong Fang, se ha descubierto una ruta sencilla para la obtención de cristales birefringentes de onda larga, un material que es esencial en diversas aplicaciones ópticas, incluyendo la imagenología infrarroja, la tecnología láser y las comunicaciones ópticas.
Los cristales birefringentes de onda larga han sido tradicionalmente difíciles de desarrollar debido a las limitaciones en la birefringencia, la transmisión en el infrarrojo y el crecimiento de cristales. Sin embargo, los haluros metálicos que contienen electrones de par solitario se han perfilado como candidatos prometedores para estos materiales. No obstante, la configuración de coordinación «holodirigida» de los iones metálicos, especialmente cuando se coordinan con halógenos pesados, reduce significativamente la actividad de los electrones de par solitario, disminuyendo así la birefringencia de la estructura.
Nueva Estrategia para Mejorar la Birefringencia
La estrategia propuesta por los investigadores involucra la «oxigenación», donde el ion halógeno monovalente en el poliedro halógeno puede ser sustituido por un ion de oxígeno divalente. Este cambio activa los electrones de par solitario de los cationes centrales, lo que resulta en un aumento de la birefringencia del cristal.
Utilizando el sistema Rb+-Sb3+-Cl–, los investigadores han obtenido tres nuevas estructuras: Rb13Sb8Cl37, Rb3Sb2OCl7 y Rb2Sb2OCl6. A medida que disminuye la relación Cl/Sb en la estructura, la geometría de coordinación del Sb3+ cambia de un octaedro «holodirigido» a una pirámide cuadrada «hemidirigida».
Con la introducción de iones de oxígeno, los iones Sb3+ en Rb3Sb2OCl7 y Rb2Sb2OCl6 adoptan una geometría piramidal cuadrada con actividad estérica, y estos compuestos representan los primeros ejemplos de oxihaluros de antimonio(III) de metales alcalinos. Además, los investigadores lograron cultivar un cristal grande de Rb2Sb2OCl6 (6×6×2 mm3), que mostró un rendimiento notable en la transmisión infrarroja.
El contenido bajo de oxígeno en este cristal permitió alcanzar un límite de corte infrarrojo de 14,380 nm, lo que superó varios cristales birefringentes previamente reportados. Asimismo, se observó que la birefringencia de los tres nuevos compuestos estaba negativamente correlacionada con la relación Cl/Sb, destacando que Rb2Sb2OCl6 exhibió una birefringencia de 0.191 @550 nm, que es 11.2 veces superior a la de Rb13Sb8Cl37 (0.017 @550 nm).
Este estudio no solo establece un nuevo sistema de materiales—oxihaluros de antimonio(III) de metales alcalinos—sino que también explora la relación entre la estructura geométrica, la estructura electrónica y las propiedades ópticas de los oxihaluros metálicos que contienen electrones de par solitario. Esta investigación proporciona una nueva estrategia para el desarrollo de cristales birefringentes de onda larga, un avance que podría tener importantes implicaciones en el ámbito de la óptica y la tecnología avanzada.
