簇状玻璃有望成为一种新的、更清洁的白光光源

近期，德国研究人员发现了“簇状玻璃”，这是一种新型材料。他们说，这种材料有望替代LED 等白光光源。业界评论表示，通过LED等相对现代的技术产生白光并不简单，而且通常依赖于越来越稀缺的稀土金属。这一挑战最近促使科学家寻找更可持续产生白光的新方法。

研究人员在吉森大学、马尔堡大学和卡尔斯鲁厄理工学院工作。该团队利用斯图加特高性能计算中心的超级计算资源，对簇状玻璃进行研究。“我们正在见证替代当前白光光源生成技术的诞生。它带来了资源的可用性、可持续性、生物相容性。”吉森大学教授、该项目的首席计算研究员Simone Sanna博士说。

在红外光照射下，基于金刚烷的分子簇可发出高度定向的白光

意外的白光产生

“我的实验科学同事观察到了这种意想不到的白光产生，他们寻求理论支持。簇状玻璃具有令人难以置信的光学响应，但我们不明白其中的原理。计算方法可以帮助我们理解这些机制。”

Sanna和他的合作者转向了高性能计算的力量，使用斯图加特高性能计算中心的Hawk超级计算机可以帮助更好地了解簇状玻璃。他们在Advanced Materials期刊上发表了他们的发现。该团队指出，玻璃实际上是一类被认为是“无定形固体”的材料，这意味着它们缺乏有序的晶格，这通常是由于形成过程中的快速冷却过程。

研究团队在论文中提到，在原子水平上，它们的组成粒子处于悬浮和无序的状态。与晶体材料不同，晶体材料的粒子在很长的分子距离上是有序且对称的，玻璃在分子水平上的无序性使其成为弯曲、碎裂或反射光的理想选择。

马尔堡大学的实验参与者最近合成了“簇状玻璃”。与几乎表现为液体凝固的传统玻璃不同，簇状玻璃，顾名思义是一组独立的分子簇，在室温下表现为粉末。它们在红外辐射的照射下产生明亮、清晰的白光。

通过电子或激光照射诱导，形成无定形化合物的分子簇结构

新形式

粉末不容易用于制造小型敏感电子元件，但研究人员找到了一种将它们重新铸造成玻璃形式的方法。Sanna谈到：“当熔化粉末时，我们获得了一种具有玻璃所有特性的材料，并且可以放入特定应用程序所需的任何形式。”

虽然实验人员能够合成材料并观察其发光特性，但该小组转向Sanna和HPC高性能计算，以更好地了解簇状玻璃的行为方式。Sanna指出，白光的产生不是系统中单个分子的特性，而是一组分子的集体行为。

只有使用Hawk等领先的HPC资源才能对这些过程进行多尺度的建模分析。Sanna说：“HPC可以更快地识别和测试具有新光学特性的材料。我们可以预测化学家合成的材料的光学特性，使用这些计算来验证和更好地了解材料特性。”

HPC加速研发

HPC在帮助研究人员加快新发现与新产品或技术之间的时间线方面，发挥着重要作用。Sanna 解释说，HPC大大减少了了解簇状玻璃的时间。“我们花了很多时间进行模拟，模拟的集群有一个菱形核心，上面附着了四个配体（即分子链）。这些配体可以由任意数量的东西组成，因此实验非常耗时。”

在对簇状玻璃的研究过程中，Sanna的团队希望彻底了解其发光特性的起源，这可能有助于识别其他新材料并确定如何在光生成中应用簇状玻璃。