上海光機(jī)所在分子動(dòng)力學(xué)模擬光致熱折變玻璃結(jié)構(gòu)/性質(zhì)方面獲進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究員胡麗麗團(tuán)隊(duì)在分子動(dòng)力學(xué)模擬光致熱折變玻璃結(jié)構(gòu)/性質(zhì)方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Development of bromine-related potentials for molecular dynamics simulations of the oxyhalide photo-thermo-refractive glass為題，發(fā)表在《國際陶瓷》（Ceramics International）上。

光致熱折變（PTR）玻璃經(jīng)過紫外輻照和熱處理后其折射率會(huì)發(fā)生改變，被廣泛應(yīng)用于各類光學(xué)器件中。然而，由于光致熱折變（PTR）玻璃組成多、工藝復(fù)雜，對(duì)這類玻璃材料的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系研究往往受到微觀尺度的限制。分子動(dòng)力學(xué)模擬在揭示玻璃性質(zhì)的結(jié)構(gòu)起源方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

本研究開發(fā)了能描述PTR玻璃中溴元素的分子動(dòng)力學(xué)勢函數(shù)，根據(jù)模擬結(jié)果解析了PTR玻璃的結(jié)構(gòu)信息。此外，該工作還模擬了熱處理時(shí)PTR玻璃中富氟-溴區(qū)域的生長過程，發(fā)現(xiàn)了溴更傾向于停留在氟團(tuán)簇周圍并在富氟相和富氧玻璃基體之間形成相界；而鈉離子在氟-溴富集區(qū)的存在會(huì)增加這些區(qū)域的聚集趨勢，導(dǎo)致氟-溴團(tuán)簇尺寸的增大，促進(jìn)玻璃折射率改變。

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圖1. 模擬熱處理前（a）（c）、熱處理后（b）（d）的PTR玻璃結(jié)構(gòu)和元素分布。青色、紫色、黃色、粉色分別代表氟、溴、硅、鋁元素。
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圖2. 模擬PTR玻璃熱處理時(shí)氟-溴團(tuán)簇的融合過程。青色，紫色，黃色，藍(lán)色，紅色分別代表氟、溴、硅、鈉、氧元素。

該研究揭示了PTR玻璃的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變過程，有助于從根本上剖析材料的性質(zhì)機(jī)理，為PTR玻璃的研發(fā)提供參考，并為相關(guān)研究提供新的模擬方法。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.05.216