北海道大学 石英玻璃(黄色)中的空隙是光散射和信号衰减的原因，当玻璃在较高压力下淬火时，空隙变得更小(杨永健等
，npj计算材料，2020年9月17日)
信用:杨永健等
，npj计算材料，2020年9月17日 来自日本和美国的研究人员在《npj计算材料》杂志上报道，通过在高压下生产由石英玻璃制成的光纤，可以显著改善光纤数据传输
北海道大学、宾夕法尼亚州立大学的研究人员和他们的行业合作者利用计算机模拟，从理论上表明，石英玻璃纤维的信号损失可以减少50%以上，这可以大大延长数据传输的距离，而不需要放大
北海道大学电子科学研究所(RIES)的马多卡·小野副教授说:“由于缺乏对原子水平的了解，近年来对光通信最重要的材料——石英玻璃的改进停滞不前。”
“我们的发现现在可以帮助指导未来的物理实验和生产过程，尽管这在技术上具有挑战性
" 光纤已经彻底改变了全世界的高带宽、长距离通信
承载所有这些信息的电缆主要由石英玻璃细丝制成，比人的头发稍厚
这种材料坚固、灵活，非常擅长以光的形式以低成本传递信息
但是由于光被散射，数据信号在到达最终目的地之前逐渐消失
放大器和其他工具用于在信息扩散之前对其进行控制和传递，确保信息的成功传递
科学家们正在寻求减少称为瑞利散射的光散射，以帮助加速数据传输，并向量子通信迈进
小野和她的合作者使用多种计算方法来预测高温高压下石英玻璃的原子结构会发生什么
他们发现，当玻璃在低压下加热然后冷却时，二氧化硅原子之间会形成大的空隙，这被称为淬火
但是当这个过程发生在4吉帕斯卡(GPa)以下时，大部分的大空隙消失了，玻璃呈现出更加均匀的晶格结构
具体来说，这些模型表明玻璃经历了物理转变，较小的原子环被消除或“修剪”，使较大的环更紧密地结合在一起
这有助于减少导致光散射的大空隙的数量和空隙的平均尺寸，并将信号损失降低50%以上
研究人员怀疑，在更高的压力下使用更慢的冷却速度可以获得更大的改善
该工艺也可用于其它类似结构的无机玻璃
然而，在如此高的压力下以工业规模实际制造玻璃纤维是非常困难的
小野说:“现在我们知道了理想的压力，我们希望这项研究将有助于刺激高压制造设备的发展，这些设备可以生产这种超透明石英玻璃。”
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