玻璃是非平衡固體，其性質高度依賴於其製備方法。在氣相沉積分子玻璃中，結構組織可以隨沉積速率和襯底溫度的變化而調整。
在此，來自美國科羅拉多州立大學的Le Yang等研究者，證明了在中等範圍內（2玻璃的原子排列進行了修飾。相關論文以題為“Enhanced medium-range order in vapor-deposited germania glasses at elevated temperatures”發表在Science Advances上。
論文連結：
https：//www。science。org/doi/10。1126/sciadv。abh1117
玻璃，是一種非平衡、非結晶材料，在其結構中保留了中短程（Tg）的緩慢冷卻速率允許充分的構型取樣，從而驅動系統降低勢能圖（PEL）中的能態。物理氣相沉積，是快速冷卻製備玻璃材料的有效手段。透過改變沉積條件，如襯底溫度（Tsub）和沉積速率，可以操縱原子順序，進而塑造氣相沉積玻璃的特性。例如，在氣相沉積的伊曲康唑薄膜中，一種形成玻璃的近晶液晶，當沉積速率在0。2Å/s左右時，分子長軸的取向傾向於與表面法線對齊，而當沉積速率大於3個數量級時，分子的取向傾向於接近各向同性。以類似的方式，Tsub在影響薄膜有機玻璃中的分子堆積方面發揮作用。在0。8Tg左右沉積N，N ‘ -雙（3-甲基苯基）-N，N ’ -二苯基聯苯胺，得到水平取向較強的玻璃，而在0。95Tg時，垂直取向較弱。在玻璃的矽氣相沉積中預測，當在Kauzmann溫度下沉積時，構型熵消失，就有可能實現超穩定玻璃材料的統一結構構型特徵。由於涉及到強共價鍵的重組，能否透過改變Tsub來改變強網路形成玻璃的原子排列，如非晶態SiO2（a-SiO2）和GeO2（a-GeO2），在實驗上仍有待回答。
接下來的問題是，A -GeO2的高溫沉積是否會導致原子重排，從而改變玻璃材料中兩能級系統（TLSs）的分佈。在PEL模型中，TLSs被用來描述非晶固體在低溫下的聲和熱特性。它們在某些構型座標上用不對稱雙阱勢表示。在~5 K以上溫度下熱啟用的阱之間的躍遷和較低溫度下的量子隧穿主導的阱之間的躍遷，與在遠低於Tg的溫度下一小群原子的重排有關。最近對氣相沉積玻璃特性的深入研究表明，在選定的沉積條件下，TLSs可能會大幅減少。在0。85Tg條件下生長的吲哚美辛薄膜玻璃中，由於沉積條件影響其特殊的分子排列，TLSs得到了明顯的抑制。對於形成網路的玻璃，如a-Si，當Tsub從473K增加到673 K時，TLSs的密度至少降低了一個數量級。這種行為歸因於，高溫沉積形成的更有序的非晶網路。在這些結果的推動下，引力波探索了透過高溫沉積a-Ta2O5來降低TLSs密度的可能性，以減少末端測試質量鏡塗層的室溫內摩擦。非晶態材料的內摩擦，一般是由彈性場到非晶態材料的能量耦合來描述的。耦合引起的激發，表現為TLS中兩個阱之間的躍遷。這些激發，透過各種機制的弛豫表現了系統的內摩擦。根據漲落-耗散定理，室溫內摩擦導致非晶塗層的熱驅動波動，限制了引力波探測器的靈敏度。最近對a-Si薄膜的研究表明，當Tsub從293增加到673K （~ 0。80Tg）時，室溫內摩擦從2×10−4左右減少到0。5×10−4左右。然而，在高溫下沉積的強網狀玻璃的結構組織，與室溫內摩擦之間的關係，仍然缺乏理解。
在此，研究者描述了a-GeO2薄膜的原子構型在中程內的變化。GeO2的Tg約為788 K，而SiO2的Tg約為1475K，這使得在Tsub附近可以沉積。拉曼光譜特徵表明，隨著襯底溫度的升高，六元GeO4環的布居率增加。在玻璃化轉變溫度附近沉積比生長後退火在中程內修飾原子結構更有效。增強的中程組織與降低室溫內摩擦有關。確定非晶氧化物中室溫內摩擦的微觀來源，對設計下一代引力波干涉儀測試質量的反射鏡干涉塗層至關重要，其中，室溫內摩擦是主要噪聲源，限制了它們的靈敏度。
圖1 不同溫度下沉積a-GeO2薄膜的喇曼散射光譜。
圖2 a-GeO2薄膜的結構弛豫是由正規化A6對Tan的變化確定的。
圖3 不同溫度下沉積a-GeO2薄膜的室溫內摩擦Q−1。
圖4 室溫內摩擦Q−1作為在不同的Tsub下沉積a-GeO2薄膜並隨後退火歸一化A6的函式。
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