宾夕法尼亚大学化学家建立铁电材料的基本原理

铁磁材料，象罗盘针，是有用的因为其磁极化使得它们旋转磁场对齐。铁电材料的行为方式类似但用电，而不是磁，字段。外加电场可以调整这些材料的电动极化，使某些内存应用程序，如储值卡在轨道交通系统中使用的理想选择。因为其偏振的变化导致这种材料物理地改变形状，反之亦然，种现象称为压电，铁电体也是关键”智能材料”在各种传感器，如超声机和基于探针的显微镜。他们甚至可以用作纳米电动机。

来自宾夕法尼亚大学的化学家正在使铁电材料的研究下一代。在一项新研究，发表在 Nature，他们展示钛酸氧化铅，提供了新的了解，关于需要这些材料中极化切换的多尺度的模拟。

该数学模型，建立了从量子力学的原则而不是源自物理实验，将加强努力寻求和设计新的铁电材料规范。贴片加工

研究由安德鲁 · 发言人，布兰查德在学校的艺术与科学学院，化学教授与劳顾会委员石刘和伊利亚 · 贝格。

尽管在商业应用程序中的扩散，但仍有许多差距在解释行为的铁电材料的理论原则。一这种差距是在理解如何离散区域的不同极化，称为域，在他们的边界或畴壁进行交互。

发言人说: 「 铁电材料和他的同事们模拟功能钛离子内指出六八面体”笼子”的氧离子。一个给定的域偏振确定由哪个点的笼子钛离子走向。

“如果你申请是与金属原子排列方向相反的电场”发言人说，”他们想要移动和对齐与电场作用下，但他们也感受到社会的压力，从他们的邻居保持彼此相同。这意味着需要很多精力为他们所有翻转他们在同一时间的对齐方向。

“这也意味着，一般来说，大部分的翻转发生在畴壁。在墙上，已有一些移和一些下移，所以那些是错误的方式向电场可以偏离他们一半的邻居，但加入另一半他们的邻居和翻转.”

畴壁因此”跨越”像野火般迅速，配合外部电场随着他们转换邻居的域与铁电材料。不像火，然而，畴壁的运动可以轻松地停止︰ 他们坚守岗位，一旦电场再除去。这种现象是关键铁的应用程序，因为材料的状态依然稳定，除非应用一个新的领域。

发言人说: 「 此小组的研究是首次表明校准到量子力学的数学模型可以准确地电场强度涉及的畴壁移动的速度。

发言人说:”这是最重要的事情，”。”有一些应用程序，在那里你想要在墙上会很慢，和有的地方你想要的墙壁要快。如果你不知道为什么在墙上移动和墙上的移动，你甚至不能开始挑选新的材料和设计他们有你需要的速度移动的墙壁。”

研究人员用他们的仿真预测材料的磁滞回环，描述的能量需要从一个偏振态切换，然后再图的形状。数据比较他们的预测，从先前的物理实验验证佩恩团队的方法。

他们的仿真表明，热波动是负责第一次核从极化传播的哪些变化。增加的电场强度会减少核启动这一进程，使它更容易开始所需的大小。

这一发现证明了增加的加速度畴壁的初始障碍没有跟存在缺陷或物理障碍在水晶里面的口袋里。机制假设来解释为什么观察的畴壁运动的速度开始缓慢，加速，然后再逐渐减少。解释这种行为通过纯粹量子机械原理意味着，材料科学家不需要争取设计铁电器件特殊水晶般的纯净。

发言人说: 「 组仿真也表明，一个域转换为另一种是很大程度上独立的两个邻域的特定方向的过程。以前的工作，包括由潘队，假定，邻近的取向，是 180 度分开，如上下，将开关由一个不同的机制，比起那些被 90 度分开，如向上从右向左。现在他们的仿真表明，相同的通用机制管辖的所有类型的畴壁运动。

这种更基本的了解，这种现象是设计依靠精确、 可重复的形状改变的压电设备所需的。例如，在智能手机相机铁电材料驱动器的镜头光圈，将要求设计师要有信心，这种材料的物理响应偏振的变化是一致的在数以千计的周期。

该发言人说: 「 小组的研究是根据材料基因组计划，支持研究的新材料，包括通过计算方法设计成白宫程序。无论是通过寻找合适的材料，对于给定的应用程序，或找到新的应用程序的基础将符合由佩恩团队的模拟实验所揭示的基本原理的假设材料的独特性质，这种做法是必要的将新铁从实验室移到整个世界。

发言人说:”关键第一步在材料设计中，”，”发展中国家如何一些物理理解事情，和我们提供的。这项研究让我们开始做材料设计的基于域的墙上的设备。

“有许多材料畴壁导电，但例如散装物料不会在哪里。在这种情况下，您可以将应用电场移动在墙上，和它会像移动导线材料内的位置。你能想像这些材料只有导电时他们都行，甚至能够重新编程电路或这种方法制造某种逻辑元素堆栈。