GexAs20Se80-x玻璃的化學組成對結構和物理性質的影響

許思維，楊曉寧，沈 祥

(1.湖南文理學院數理學院，湖南省光電信息集成與光學制造技術重點實驗室，常德 415000； 2.寧波大學高等技術研究院，浙江省光電探測材料及器件重點實驗室，寧波 315211)

0 引 言

硫系玻璃是指由硫族元素(S、Se和Te)與其他金屬或非金屬元素(Ga、Ge、As、Sb、Si和P等)以共價鍵形式結合所形成的非晶態材料,因其具有極高的三階非線性系數和極寬的紅外透光范圍[1-4]，故可以作為一種新型紅外光子器件(光纖和波導等)基質材料，在中紅外超連續譜光源、中紅外光頻梳、中紅外拉曼光纖激光器、以及全光開關等方面具有廣闊的應用前景[5-9]。許多硫系玻璃體系具有較大的玻璃形成區，其物理性質可以較容易地通過玻璃組成進行調整。由于材料的性質與其微觀結構密切相關，了解硫系玻璃的微觀結構隨組成的變化有助于尋找具有最佳性能的玻璃應用于光學領域。

經過數十年的不斷探索與研究，眾多研究者總結出了兩種結構模型可以在一定程度上解釋硫系玻璃組成對其物理性質的影響。第一種模型是Phillips基于約束計數理論(constraints theory)最先提出的拓撲模型(topological model)，該模型強調玻璃的物理性質主要是由其平均配位數(mean coordination number, MCN)控制，并且認為存在一個轉變閾值，即MCN值為2.4。對于GexAsySe1-x-y三元玻璃，Ge、As和Se原子的配位數分別為4、3和2，該玻璃的MCN值為4x+3y+2(1-x-y)=2+2x+y[10]。在其基礎上，Thrope[11]指出，當MCN值<2.4時，玻璃內部的共價網絡結構限制程度較低，呈松散狀態；當MCN值>2.4時，限制程度過高，呈緊致狀態。MCN值越接近轉變閾值(2.4)，材料結構越穩定。Tanaka[12]發現在MCN值為2.67時，玻璃網絡存在另一個轉變，即從二維緊致狀態向三維緊致狀態的轉變。……