由京都大学工学研究生院副教授下间康彦、关西学院大学理学部教授河野义雄和日本原子能机构计算科学中心副主任小林圭太领导的研究小组，致力于开发“光加压”方法，即利用发射时间极短的“飞秒激光”聚焦到玻璃中，产生相当于数万个大气压的局部压力。不过，“光加压”与原子层面的物理“外加压力”有何不同尚不清楚。
通过 X 射线结构分析确定二氧化硅玻璃中程结构的尺寸(相干长度)和有序度。(周期性波动)变化。在光催化压力下，未经处理的玻璃结构会趋近于高压处理后的结构;但当高压处理后再施加光催化压力时，结构又会恢复到初始状态。(作者：下间康彦)
该研究小组利用大型同步辐射装置SPring - 8上的高亮度X射线衍射实验和最先进的机器学习分子动力学模拟，对高压加工和激光辐照引起的玻璃结构变化进行全面比较，首次揭示了关键差异：
图1。(左)光压引起的局部压力变化。(右)由拉曼光谱变化确定的，高压处理和光压引起的二氧化硅玻璃的虚拟温度。
光穴压局部加压：激光辐照可在二氧化硅玻璃局部区域产生2 - 4 GPa的应力，且这些应力可通过激光条件控制。同时，激光辐照可在较高虚拟温度(1000 - 1400°C)下冻结玻璃结构。
“粉碎”式高压加工与“重组”式激光辐照：传统高压加工中，原子网络(SiO₄四面体)会发生“三维重排”填充空隙致密化;而激光辐照会因光能“破坏”原子键，再“重新组装”成更小的环状结构，形成新的非平衡相，两种情况下玻璃结构都致密，但SiO₄四面体连接方式不同。
图 2. 高压处理和光加压引起的二氧化硅玻璃拉曼光谱的变化。在这两种情况下，玻璃结构都变得致密，但SiO₄四面体之间的连接方式有所不同。
独特发光特性的发现：与高压加工不同，激光照射区域会产生高密度的“非交联氧(NBO)”缺陷，这些缺陷具有在特定波长(红色)下强烈发射光的特性。
这项研究为“利用光将新功能写入玻璃”奠定理论基础，有望为下一代信息通信设备(如能半永久性数据记录的“5D光存储器”、多芯光纤和光电器件)的新型制造方法铺平道路。未来，团队目标是通过优化玻璃成分和激光条件，精确控制其光学特性(折射率和发光性能)。
本研究主要由阿玛达基金会优先研发补助金、天野产业技术综合研究所研究补助金和光子学科学技术研究基金会研究补助金资助。同步辐射实验在日本同步辐射研究所(JASRI)批准下，于SPring - 8的BL05XU和BL04B2光束线站进行。机器学习分子动力学模拟得到相关科学研究补助金支持，并利用了日本原子能机构的HPE SGI8600超级计算机系统。这些结果将于2026年4月27日凌晨1点(英国时间)在国际学术期刊《NPG Asia Materials》上在线发表。
