近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室胡麗麗研究員團隊在分子動力學模擬光致熱折變玻璃結構/性質方面取得進展，相關研究成果以“Development of bromine-related potentials for molecular dynamics simulations of the oxyhalide photo-thermo-refractive glass”為題發表于《國際陶瓷》(Ceramics International)。
 

　　光致熱折變(PTR)玻璃經過紫外輻照和熱處理后其折射率會發生改變，因此被廣泛應用于各類光學器件中。然而，由于其組成多、工藝復雜，對這類玻璃材料的結構-性質關系研究往往受到微觀尺度的限制。而分子動力學模擬在揭示玻璃性質的結構起源方面發揮著越來越重要的作用。
 

　　圖1 模擬熱處理前(a)(c)、熱處理后(b)(d)的PTR玻璃結構和元素分布,圖中青色、紫色、黃色、粉色分別代表氟、溴、硅、鋁元素。
 

　　在本項工作中，研究人員開發了能描述PTR玻璃中溴元素的分子動力學勢函數，根據模擬結果解析了PTR玻璃的結構信息。此外，還模擬了熱處理時PTR玻璃中富氟-溴區域的生長過程,研究發現溴更傾向于停留在氟團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-溴富集區的存在會增加這些區域的聚集趨勢，從而導致氟-溴團簇尺寸的增大，促進了玻璃折射率改變。該研究工作揭示了PTR玻璃的結構和轉變過程，有助于從根本上理解材料的性質機理，為PTR玻璃的研發提供參考；同時也為相關的研究提供了一種新的模擬方法。
 

　　圖2 模擬PTR玻璃熱處理時氟-溴團簇的融合過程，其中青色，紫色，黃色，藍色，紅色分別代表氟、溴、硅、鈉、氧元素。