利用晶体状态模型寻找自组织的答案

实验帮2019-02-10 12:16:38


由于偶极相互作用随粒子排列而改变其符号,所以铁电/反铁电有序性主要取决于球体的纵横比和外加应变。图片来源:东京大学工业科学研究所。

晶体材料的电、机械响应及其耦合效应的控制是材料科学的中心课题之一。它们对于超声波发生器和非易失性存储器等应用至关重要。然而,尽管关于如何控制这种材料的知识在实践中得到了广泛的证明,但迄今为止,通过晶格组织控制这种材料背后的物理原理仍然不明确。东京大学工业科学研究所的研究人员试图通过建立一个基于不同晶格相互作用之间冲突的模型来改变这种研究状况。他们的研究结果发表在美国国家科学院院刊PNAS上。

晶体结构包括原子或分子,这些组成部分的特定组织和相互作用决定了块状材料的性质。铁电和反铁电有序描述了晶格中分子的长程偶极子排列。显示这种顺序的材料可以显示电开关性,以及有趣的交叉耦合效应;因此,理解它们的行为具有实际的实际益处。

“我们的模型旨在探索通过改变偶极晶格中分子的形状来控制铁电和反铁电秩序的简单物理原理,”论文的通讯作者Hajime Tanaka说。“我们还比较了对电、动态和热性能的影响。”

建立一个简单的自组织模型,该模型基于具有永久偶极子的球形粒子,使研究人员能够确定自组织过程中各向异性立体和偶极相互作用之间的能量挫折的重要性。

“理解支配铁电组织和反铁电组织及转变的基本原理是实现对已经在许多不同应用中使用的性能的最佳控制的关键,”论文的主要作者Kyohei Takae说。“通过对这些系统进行彻底的建模,我们希望能够加强广泛材料的合理设计,包括用于机器人仪器的非易失性存储器件-硬盘驱动器和闪存以及机电致动器。”

这一发现将为高功能材料的开发提供重要的指导,这些材料将通过呈现铁电有序相和反铁电有序相(即磁体)之间相变的物质,呈现出电/磁顺序和变形或热响应相结合的交叉反应。

来源:https://phys.org/news/2018-09-crystal-behaviortoward-self-organization.html

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