设计具有全新结构的晶体材料是一个极具吸引力的课题。结构决定性质，在科学发展中，结构更新颖的晶体可以发挥两种作用:其一是有助于研究和发展基础理论;其二是获得具有新颖性能或性能更优良的晶体材料以满足人们的生产生活需求。功能基元序构的高性能材料一直是科学研究的重点和前沿之一。晶体即是长程有序材料，对于如何获得具有全新结构或者优良性能的晶体，可能的思路之一是将两个或多个可以发挥不同效应的功能基元组合在一个结构中。从结构上讲这样得到的结构有更大机率是全新的;从构效关系上来讲，可以通过组合不同的功能基元到一个结构中，或者协调功能基元的有序排列方式，以此来获得性能优异和/或功能多样的晶体材料。
　　本论文的研究首次将稀土离子、硫离子和硼酸根离子引入到一个结构中形成了稀土硫化物硼酸盐这个全新的化合物和结构体系。从光学材料应用的角度来讲，硫离子具有较大的离子极化率，而硼酸盐往往具有大的带隙。从磁性角度来说，稀土元素是非常好的磁性离子，而我国的稀土资源又非常的丰富。所以本研究的目的是将稀土离子、硫离子和硼酸根离子结合到一个结构中，合成具有这类新颖结构的晶体，并研究它们的光学和磁学性质。论文的主要工作如下:
　　1.第一类稀土硫化物硼酸盐。研究了稀土硫化物硼酸盐RE3S38O3（RE=Sm，Gd）的晶体结构及其光、磁性质。结构中包含(BO3)3-和S2-，且二者之间没有键合作用，所以这完全不同于常见的硫代硼酸盐和硫酸盐，这个结构的发现代表着一类全新的结构体系--稀土硫化物硼酸盐的诞生。Sm3S3BO3(SSBO)和Gd3S3BO3(GSBO)的实验光学带隙分别为2.50和2.65eV。通过高精度全电子全势线性缀加平面波方法计算了GSBO的电子结构，结果显示GSBO为间接带隙半导体。SSBO表现出典型的Van Vleck型顺磁性，根据2-20K的低温磁化率估算了交换相互作用的强度，其geff值和居里一外斯温度分别为0.443和-2.87K。而GSBO在低温下表现出反铁磁行为，奈尔温度约为5.9K，渐进居里温度为-6.04K。
　　在此基础上，为了获得新奇的磁性，对磁性结构的维度进行了调控。
　　2.双层稀土Kagomé结构。研究了稀土硫化物硼酸盐EU6MgNb2S(B4O10)2O6(EMNSBO)，因为其中包含了3种阴离子:S2-，(B4O10)8-和O2-，更确切的命名可以称之为氧硫化物硼酸盐。通过高精度全电子全势线性缀加平面波方法计算了其电子结构。尽管Eu3+的基态为非磁性离子，但是此结构出现了独特的稀土双层Kagomé板结构，且双层一双层Kagome板的间隔距离达到了5.22?，(B4O10)8-也是一种新颖的硼酸根。通过实验动态电荷密度拓扑分析确定了原子电荷，并对(B4O10)8-单元的实验变形动态电荷密度进行了研究。这些都为后续的研究提供了很好的借鉴。实验的光学带隙为-2.92eV，变温磁化率测试表明EMNSBO展现出Van Vleck顺磁性。
　　3.三层稀土Kagomé结构。研究了稀土硫化物硼酸盐EU9MgS2B20O41(EMSBO)，并对其结构和物理性质进行了表征。EMSBO中包含独特的三层Eu3+-Eu2+-Eu3+Kagomé板结构，在板状结构中，Eu2+和Eu3+的Kagomé层之间发生了价间电荷转移，实验与理论分析表明价间电荷转移为稳定自旋量子涨落提供了全新的通道。晶体的磁化率和热容与其他典型材料的量子自旋液体行为具有非常相似的特征。
　　为了得到具有倍频效应的稀土硫化物硼酸盐，对结构的对称性进行了调控。
　　4.非中心对称稀土硫化物硼酸盐。研究了Eu2B5O9S(EBOS)的晶体结构及光、磁性质。此结构虽然是非中心对称的，但是没有检测到明显的倍频信号。结合紫外可见漫反射和第一性原理计算，推测样品存在的强烈的电荷转移态吸收和自身小的二阶非线性光学系数是导致晶体没有明显的倍频效应的原因。磁性测试表明EBOS为铁磁性材料，居里温度为～16.0K。
　　5.具有二阶非线性光学效应的非中心对称稀土硫化物硼酸盐。在上一章的基础上，通过调整合成策略得到了硫化物硼酸盐Eu4.5(B5O9)2SI(EBOSI)，更确切的命名可以叫做硫卤化物硼酸盐，此物质也是发现的第一例硫属卤化物硼酸盐。EBOSI表现出良好的二阶非线性光学行为，即中等强度的粉末倍频效应，约为AgGaS2的0.5倍，高的抗激光损伤阈值，约为AgGaS2的15倍，且可以实现相位匹配。通过理论计算验证了结构设计策略和实验结果，并发现结构中的Eu2+阳离子对材料的倍频系数具有很大的贡献。磁性测试表明EBOSI存在反铁磁性相互作用，但是直到2K亦没有出现反铁磁有序。