Nature:铁电材料性能的预测与优化
铁电材料是一种存在自发极化的材料，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场作用下，其取向可以改变。它具有介电、压电、热释电、铁电以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性。铁电体概括起来可以分成两大类，一类以KH2PO4为代表，具有氢键，从顺电相过渡到铁电相是无序到有序的相变，属有序无序型。另一类为位移型铁电体，以BaTiO3为代表，从顺电相到铁电相转变是由其中两个子晶格发生相对位移。
卡内基研究所的Shi Liu与宾夕法尼亚大学的Ilya Grinberg 和Andrew M. Rappe利用分子动力学模拟铁电材料PbTiO3的90º畴壁来提供一个微观图景，使得能构建一个可以量化在各种铁电体中各类畴壁的动力学的简单、普适、形核与生长为基础的分析模型。然后预测了在有限温度下电滞回线与矫顽场的温度和频率关系。此模型能够定量测定矫顽场，与陶瓷和薄膜中的实验结果符合很好。
从基于量子力学的第一性原理计算开始，提供铁电材料的结构与能量模型的关键信息。利用第一性原理计算的结果，建立原子间相互作用势模型，这个模型可以研究大的系统，达到845000个原子，用来探索在有限温度下电场驱动畴壁的运动。利用大规模分子动力学模拟在一个大的温度范围内定量估算出无缺陷PbTiO3的一个90º畴壁的速度。利用密度泛函理论可以使分析模型有效的快速估算出电滞回线与矫顽场。
论文的工作表明，在有限温度下从第一性原理计算出的零温微观量与宏观现象的描述是相关的，提供了一个具体的过程来从微观量直接快速计算出宏观量。
利用第一性原理模拟的几种材料的电滞回线与矫顽场
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