Точечные дефекты в аморфном SiO2 играют важную роль в различных областях. В микроэлектронике SiO2 — изолирующие слои в полупроводниковых приборах, и электронные состояния дефектов в запрещенной зоне SiO2 могут быть ловушками электронов и дырок, а также быть причиной токов утечки и накопления паразитного заряд. В оптических покрытиях с чередующимися слоями оксидов с низким (SiO2) и высоким показателем преломления дефекты SiO2 приводят к избыточному поглощению и к снижению порога разрушения покрытия мощным лазерным излучением. В кварцевых волоконных световодах точечные дефекты определяют их радиационно-оптическую устойчивость, а также и запись УФ лазерами Брэгговских решеток, и свойства волоконных оптических усилителей и лазеров.
Представлен новый подход к моделированию аморфного SiO2 и его дефектов, при котором аморфные состояния получаются при моделировании методами квантовой молекулярной динамики всего процесса расплавления-закалки исходного кристалла, а дефекты возникают естественным образом в процессе образования аморфных состояний. Использовался метод функционала плотности DFT, реализованный в программе VASP, с суперячейками 200 атомов, в ансамбле NPT (число атомов N, давление P и температура T постоянны), в режиме спин-поляризованных вычислений, позволяющих наиболее адекватно описывать разрывы и переключения ковалентных связей при формировании аморфных состояний и их дефектов. Получены аморфные состояния стехиометрического, кислородно-дефицитного и кислородно-избыточного SiO2 при различных температурах стабилизации расплава. Обнаружены все известные дефекты SiO2: вакансия кислорода, двухкоординированный атом Si, немостиковые атомы кислорода, трехкоординированные атомы кремния (E'-центры), перокидные мостики и пероксидные радикалы, а также новые дефекты SiO2. Такой подход позволяет естественным образом получать аморфные состояния других оксидов и материалов, изучать структуру не только собственных, но и примесных дефектов аморфных состояний и моделировать границу раздела аморфных слоев различных материалов. Моделирование проводилось при использовании вычислительных мощностей суперкомпьютера «Ломоносов-2».