近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室胡丽丽研究员团队在分子动力学模拟光致热折变玻璃结构/性质方面取得进展，相关研究成果以“Development of bromine-related potentials for molecular dynamics simulations of the oxyhalide photo-thermo-refractive glass”为题发表于《国际陶瓷》(Ceramics International)。
光致热折变(PTR)玻璃经过紫外辐照和热处理后其折射率会发生改变，因此被广泛应用于各类光学器件中。然而，由于其组成多、工艺复杂，对这类玻璃材料的结构-性质关系研究往往受到微观尺度的限制。而分子动力学模拟在揭示玻璃性质的结构起源方面发挥着越来越重要的作用。
图1 模拟热处理前(a)(c)、热处理后(b)(d)的PTR玻璃结构和元素分布,图中青色、紫色、黄色、粉色分别代表氟、溴、硅、铝元素。
在本项工作中，研究人员开发了能描述PTR玻璃中溴元素的分子动力学势函数，根据模拟结果解析了PTR玻璃的结构信息。此外，还模拟了热处理时PTR玻璃中富氟-溴区域的生长过程,研究发现溴更倾向于停留在氟团簇周围并在富氟相和富氧玻璃基体之间形成相界；而钠离子在氟-溴富集区的存在会增加这些区域的聚集趋势，从而导致氟-溴团簇尺寸的增大，促进了玻璃折射率改变。该研究工作揭示了PTR玻璃的结构和转变过程，有助于从根本上理解材料的性质机理，为PTR玻璃的研发提供参考；同时也为相关的研究提供了一种新的模拟方法。
图2 模拟PTR玻璃热处理时氟-溴团簇的融合过程，其中青色，紫色，黄色，蓝色，红色分别代表氟、溴、硅、钠、氧元素。
