2016年6月22日
铁磁性材料，如罗盘针，是有用欧洲杯足球竞彩的，因为它们的磁极旋转，使它们沿着磁场排列。铁电材料的行为方式与此类似，欧洲杯足球竞彩但有电而无磁场。由于外部电场可以重新定位这些材料的电极化，它们是特定存储应用的理想选择，比如在公共交通系统中使用的储值卡。欧洲杯足球竞彩极化变化导致材料形状的变化，反之亦然，这种现象称为压电。欧洲杯足球竞彩铁电体也是不同类型传感器的重要“智能材料”，比如基于探针的显微镜和超声波机器。欧洲杯足球竞彩这些材料也可欧洲杯足球竞彩以用作纳米级电机。
模拟结果表明，热波动是导致极化扩散的第一个核的原因。(资料来源:宾夕法尼亚大学)
宾夕法尼亚大学化学家们正在协助下一代铁电材料的研究。欧洲杯足球竞彩在《自然》杂志最近报道的一项研究中，研究人员演示了钛酸铅氧化物的多尺度模拟，使人们深入了解这些材料的极化发生变化需要什么。欧洲杯足球竞彩
这个数学模型是基于量子力学的原理，而不是从物理实验中推导出来的。该模型将为发现和设计符合要求的新型铁电材料奠定基础。欧洲杯足球竞彩
Andrew M. Rappe，文理学院化学系的教授，和他的同事Shi Liu和Ilya Grinbe欧洲杯线上买球rg一起进行了这项研究。
尽管铁电材料的商业应用有所增加，但描述铁电材料行为的理论原理仍存在许多不确定性。欧洲杯足球竞彩破译不同极化的不同区域(称为域)是如何在边界或畴壁上相互作用的就是其中一个不确定性。
Rappe和他的团队模拟了一种铁电材料，其特征是钛离子被包裹在氧离子的六角八面体“笼”中。通过钛离子运动方向的笼点的位置来检测某一畴的极化。
如果你施加一个与金属原子排列方向相反的电场，它们会想要移动并与电场对齐，但它们也会感受到来自邻居的社会压力，要求它们保持一致。这意味着它们需要大量的能量才能同时改变排列方向。这也意味着，通常情况下，大多数翻转发生在畴壁。在墙壁上，已经有一些向上的和一些向下的，所以那些通向电场的错误路径可以偏离一半的邻居但是加入另一半的邻居并翻转。
Andrew M. Rappe，宾夕法尼亚大学教授
畴壁像野火一样“移动”铁电物体。沿着外部电场排列的域随着它们改变邻近的电场而增长。与火相反，畴壁的运动可以很容易地被阻止，因为它们在电场移除后保持其位置。这一现象对铁电应用具有重要意义，因为材料的状态是稳定的，直到应用另一个领域。
Rappe团队的研究率先证明，根据量子力学校准的数学模型可以精确地将电场强度与畴壁的运动速度联系起来。
这是最重要的。在某些应用中，你希望墙是慢的，而在某些应用中，你希望墙是快的。如果你不知道墙为什么会移动，怎么移动，你甚至不能选择新的材料，设计出能以你需要的速度移动的墙。欧洲杯足球竞彩
Andrew M. Rappe，宾夕法尼亚大学教授
科学家们利用他们的模拟预测了这种材料的迟滞回线形状。磁滞回线是一个图表，它解释了从一个偏振转换到另一个偏振所需的能量。将他们的预测与早期物理实验得到的数据进行比较，证实了宾夕法尼亚大学研究小组的方法。
研究结果强调，热波动被发现是形成第一个原子核的原因，从这个原子核开始，极化变化就会扩散。提高电场强度会减小启动过程所需的核大小，从而使启动过程更容易。
这一发现表明，提高畴壁加速度的初始势垒与晶体中缺陷或物理紊乱的存在无关。这一机制的提出是为了解释为什么观测到的畴壁运动速率开始缓慢，然后加速，然后再次减慢。通过纯量子力学原理描述这种行为表明，材料科学家在设计铁电器件时，不需要为突出的晶体纯度而奋斗。欧洲杯足球竞彩
Rappe团队的模拟表明，域转换为另一个域的过程与两个相邻域的精确方向无关。宾夕法尼亚大学的早期研究小组假设相邻的方向，如上下180°，会通过另一种机制进行转换，而不是像上下90°的方向。这些仿真结果表明，各种畴壁运动都是由相同的通用机构决定的。
对这一现象的透彻了解，对于依赖于精确的、可重复的形状变化的压电器件的设计是必要的。例如，制造一种铁电材料来驱动智能手机摄像头的镜头光圈，需要设计师确定这种材料对极化变化的物理反应在数千个周期内是恒定的。
Rappe团队的研究遵循了与“材料基因组计划”(Materials Genome Initiative)相同的原则。“材料基因组计划”是欧洲杯足球竞彩白宫的一个项目，支持利用计算方法研究新型材料的设计。这些方法是至关重要的转变新的铁电体从实验室进入世界,通过发现完美的材料为一个特定的应用程序,或发现新应用程序的基础上,假设材料的独特性质,将匹配基本原理发现的佩恩集团的模拟。欧洲杯足球竞彩
材料设计的关键第一步，欧洲杯足球竞彩是对事物如何运作的物理理解，而我们提供了这一点。这项研究使我们能够开始进行基于畴壁的器件的材料设计。欧洲杯足球竞彩例如，有许多材料畴壁导电，但大欧洲杯足球竞彩块材料不导电。在这种情况下，你可以施加一个电场来移动墙壁，这就像移动导线在材料中的位置。你可以想象一堆这样的材料，只有当它们全部连在一起的时候才会导电，甚至能欧洲杯足球竞彩够重新编程电路或以这种方式制造某种逻辑元件。
Andrew M. Rappe，宾夕法尼亚大学教授
美国国家科学基金会通过拨款欧洲杯线上买球DMR- 1124696，拨款CBET-1159736资助这项研究;海军研究办公室通过授权N00014-12-1-1033;能源部通过拨款DE-FG02-07ER46431;卡内基科学研究所欧洲杯线上买球计算支持由国防部通过高性能计算机现代化办公室的挑战拨款获得，能源部通过国家能源研究科学计算中心的计算机时间获得。
刘现为卡耐基科学研究所博士后研究员。欧洲杯线上买球他目前正在进行研究，以了解在某些特定情况下，缺陷如何改变极化开关。格林伯格目前在以色列巴伊兰大学担任副教授。
这项研究发表在《自然新闻与观点》上。