利用晶體狀態模型尋找自組織的答案

由於偶極相互作用隨粒子排列而改變其符號，所以鐵電/反鐵電有序性主要取決於球體的縱橫比和外加應變。圖片來源：東京大學工業科學研究所。

晶體材料的電、機械響應及其耦合效應的控制是材料科學的中心課題之一。它們對於超聲波發生器和非易失性存儲器等應用至關重要。然而，儘管關於如何控制這種材料的知識在實踐中得到了廣泛的證明，但迄今為止，通過晶格組織控制這種材料背後的物理原理仍然不明確。東京大學工業科學研究所的研究人員試圖通過建立一個基於不同晶格相互作用之間衝突的模型來改變這種研究狀況。他們的研究結果發表在美國國家科學院院刊PNAS上。

晶體結構包括原子或分子，這些組成部分的特定組織和相互作用決定了塊狀材料的性質。鐵電和反鐵電有序描述了晶格中分子的長程偶極子排列。顯示這種順序的材料可以顯示電開關性，以及有趣的交叉耦合效應；因此，理解它們的行為具有實際的實際益處。

「我們的模型旨在探索通過改變偶極晶格中分子的形狀來控制鐵電和反鐵電秩序的簡單物理原理，」論文的通訊作者Hajime Tanaka說。「我們還比較了對電、動態和熱性能的影響。」

建立一個簡單的自組織模型，該模型基於具有永久偶極子的球形粒子，使研究人員能夠確定自組織過程中各向異性立體和偶極相互作用之間的能量挫折的重要性。

「理解支配鐵電組織和反鐵電組織及轉變的基本原理是實現對已經在許多不同應用中使用的性能的最佳控制的關鍵，」論文的主要作者Kyohei Takae說。「通過對這些系統進行徹底的建模，我們希望能夠加強廣泛材料的合理設計，包括用於機器人儀器的非易失性存儲器件-硬碟驅動器和快閃記憶體以及機電致動器。」

這一發現將為高功能材料的開發提供重要的指導，這些材料將通過呈現鐵電有序相和反鐵電有序相(即磁體)之間相變的物質，呈現出電/磁順序和變形或熱響應相結合的交叉反應。

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

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