东京工业大学：从自组织中找寻模拟晶体特性的答案

晶体材料的电子和机械反应以及对耦合效应的控制形成了材料科学的核心主题之一。它们对超声波发生器和非易失性存储器等应用至关重要。然而，尽管已经实践证明得知如何控制这种材料，但迄今为止晶格组织可控性的物理原理仍未定义。

东京工业大学研究所的研究人员试图通过创建一个同晶格相互作用之间产生冲突的模型来改变这种情况。他们将发现发表在了PNAS（“通过粒子形状和偶极相互作用自组织成铁电和反铁电晶体”）。

根据偶极相互作用颗粒排列改变其符号，因此铁电/反铁电的排序关键取决于球状体的纵横比和所施加的应变力。图片来源：东京大学工业科学研究所Hajime Tanaka

晶体结构包括原子或分子结构，这些组成部分的特定组织和相互作用决定了大多数材料的特性。铁电体和反铁电体的排序描述了晶格中分子的基于长程偶极的排列。具有这种顺序的材料可以显示出电可切换性，以及有趣的交叉耦合效应。因此，了解他们的特性有切实的好处。

此研究项目的作者Hajime Tanaka说：“我们的模型旨在通过改变偶极晶格中分子形状来探讨控制铁电和反铁电体的简单物理原理。我们还比较了它在电气科学，动力学和热性能方面的影响。”

创建的简单自组织模型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空间各向异性和偶极相互作用之间能量挫折的重要性。

主要作者Kyohei Takae表示：“了解控制铁电和反铁电组织和转变的基本原理是实现最佳控制的关键，并且已经在对许多不同应用中使用。通过对这些系统进行彻底建模，我们希望能够加强各种材料的合理设计，包括非易失性存储设备、硬盘驱动器和闪存、用于机器人仪器的机电执行器等。”

该发现有望为开发高功能材料提供重要指导，其中电/磁排序和变形或热响应结合在一起显示了材料的交叉反应，它主要是使用该物质来显示铁电有序相和反铁电有序相或磁体之间的相转变。

文章来源于nanowerk.com网站，由材料新闻在线团队编译，原文题目：Modeling crystal behavior: Towards answers in self-organization