北理工在材料微觀組織模擬領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
發(fā)布日期：2019-09-05 供稿：前沿交叉院
編輯：石殊倫 審核：王博 閱讀次數(shù)：目前,，北理工前沿交叉院集成計(jì)算材料ICME王俊升教授團(tuán)隊(duì)的黃厚兵特別研究員在相場(chǎng)模擬材料微觀組織演化方面取得系列研究成果,，入職一年半以來(lái)，以第一作者或通訊作者發(fā)表論文SCI論文12篇,，包括Small,，Physical Review Materials，Applied Physics Letters,，Journal of the American Ceramic Society,，Journal of Physical Chemistry Letters等，與清華大學(xué),、北京師范大學(xué),、北京科技大學(xué)、北京大學(xué),、武漢大學(xué)和北京航空航天大學(xué)分別發(fā)表合作文章Nature Communications,，Physical Review Letters，Advanced Materials,，Materials Horizons,，Advanced Functional Materials等。相場(chǎng)模擬方法的優(yōu)勢(shì)在于揭示多物理場(chǎng)耦合機(jī)制并與實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合,，構(gòu)建了鐵電和鐵磁多場(chǎng)耦合機(jī)制的相場(chǎng)模型,，揭示了鐵性材料中極化強(qiáng)度-應(yīng)變-熱多場(chǎng)耦合、磁化強(qiáng)度-應(yīng)變多場(chǎng)耦合等復(fù)雜相互作用物理機(jī)制,。
鐵電材料方面成果為：1）構(gòu)建了表面電荷誘導(dǎo)極化強(qiáng)度翻轉(zhuǎn)的相場(chǎng)模擬,，揭示了可逆極化翻轉(zhuǎn)歸因于其水溶液中BiFeO3薄膜表面的原子化學(xué)鍵的重構(gòu),，導(dǎo)致表面電荷聚集,，BiFeO3薄膜表面上的負(fù)(正)電荷的累積可以導(dǎo)致從向下(上)到向上(下)狀態(tài)的極化強(qiáng)度翻轉(zhuǎn),，同時(shí)，模擬預(yù)測(cè)了表面電荷也可誘導(dǎo)鐵電渦旋疇結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生,。2）構(gòu)建了寬溫變電卡效應(yīng)的相場(chǎng)模型,，在鐵電超晶格中，通過(guò)調(diào)節(jié)層間失配應(yīng)變和襯底錯(cuò)配應(yīng)變之間的平衡,，擴(kuò)大電卡效應(yīng)的溫度范圍到281 K,。3）構(gòu)建了壓電效應(yīng)相場(chǎng)模型，鋯鈦酸鉛如果遠(yuǎn)離準(zhǔn)同型相界,，壓電常數(shù)的提高主要依賴(lài)于疇翻轉(zhuǎn),，而靠近準(zhǔn)同型相界，其各相之間的自由能差異小,，電場(chǎng)容易誘導(dǎo)相變,，能夠大大提高壓電常數(shù)。
圖1 表面電荷誘導(dǎo)鐵電渦旋疇,，鐵電超晶格結(jié)構(gòu)中的寬溫區(qū)電卡效應(yīng),，鐵電疇翻轉(zhuǎn)和相變提升壓電效應(yīng)，表面電荷翻轉(zhuǎn)極化強(qiáng)度
Nature Communications. 9, 3809 (2018).
Physical Review Materials. 2, 111403(R) (2018).
Applied Physics Letters, 114, 112903 (2019).
Journal of Alloys and Compounds, 777, 821-827 (2019).
鐵磁材料方面成果為：1）提出一種高顆粒濃度的漂移擴(kuò)散模型,，耦合相場(chǎng)方法計(jì)算顆粒累積而產(chǎn)生的退磁場(chǎng),。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)精確調(diào)節(jié)擴(kuò)散過(guò)程和漂移過(guò)程,，可以獲得磁性顆粒的大尺度梯度分布,，模擬獲得的磁性顆粒分布與實(shí)驗(yàn)一一對(duì)應(yīng)，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)磁場(chǎng)調(diào)控功能梯度材料提供了磁場(chǎng)大小,、顆粒大小,、磁場(chǎng)顆粒間距等參數(shù)。2）利用微磁學(xué)和相場(chǎng)模擬的耦合,，揭示了磁性材料的表面退磁場(chǎng)機(jī)制,，由于退磁場(chǎng)的影響，表面形成針狀的反磁化疇,，模擬結(jié)果解釋了實(shí)驗(yàn)中觀察到的表面反向疇,。
圖2 磁場(chǎng)調(diào)控混合磁性顆粒的梯度分布，退磁場(chǎng)誘導(dǎo)的表面退磁疇結(jié)構(gòu)
Small, 1802717 (2018).
Advanced Functional Materials. 1900690 (2019).
Advanced Materials. 31, 1900582 (2019).
附黃厚兵特別研究員簡(jiǎn)介：
黃厚兵,，特別研究員,，2018年入職北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院集成計(jì)算材料團(tuán)隊(duì)，博士生導(dǎo)師,。博士畢業(yè)于北京科技大學(xué),，博士后在美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)師從相場(chǎng)領(lǐng)域知名專(zhuān)家陳龍慶教授。主要從事相場(chǎng)模擬材料微觀結(jié)構(gòu)演化研究,，以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI論文37篇,，包括Adv. Mater.(封面),，Mater. Horiz., Small (內(nèi)封面)，Acta Mater.(2篇),，JACerS (2篇),，Appl. Phys. Lett.(4篇)，J. Phys. Chem. Lett.,，ACS Appl. Mater. Inter.,，Phys. Rev. Mater.等。
分享到：