أصل التغيرات الهيكلية في SiO2 غير المتبلور الناتجة عن محاكيات التبريد السريع

تُستخدم محاكيات التبريد السريع على نطاق واسع لإنشاء نماذج هيكلية من ثاني أكسيد السيليكون غير المتبلور (a-SiO2)، وهو مادة ذات أهمية تكنولوجية. ومع ذلك، غالباً ما تتباين النتائج المبلغ عنها - خاصة فيما يتعلق بوجود مسافات Si–Si القصيرة بالقرب من 2.4 Å، والتي تُفسر عادةً على أنها عيوب هيكلية. باستخدام محاكيات ديناميكية جزيئية واسعة النطاق من النوع ab initio، نوضح أن هذه التناقضات تنبع من عدم كفاية توازن السائل قبل التبريد. حددنا حالتين متميزتين من السائل - حالة عالية الطاقة (HES) وحالة منخفضة الطاقة (LES) - وأظهرنا أن التبريد من HES ينتج باستمرار عيوبًا مثل رباعيات السليكون SiO4 المتشاركة في الحواف وذرات السليكون ذات التنسيق الثلاثي، في حين أن التبريد من LES ينتج هياكل غير متبلورة متوازنة تمامًا وخالية من العيوب. تعتمد الانتقال بين هاتين الحالتين بشكل حساس على درجة الحرارة ومعلمات احتكاك الترموستات، مما يفسر التغير الملحوظ الذي لوحظ في الدراسات السابقة. تؤكد هذه النتائج على الدور الحاسم لتوازن السائل في إنشاء نماذج هيكلية موثوقة للمواد غير المتبلورة باستخدام طريقة التبريد السريع.