基于极化力场的典型分子铁电体分子动力学模拟研究

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点、本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发的包含量子电极化效应的极化晶体电荷模型,非常适用于研究分子铁电材料.本文对典型的分子离子铁电体,二异丙基卤化铵(DIPAX,X=C(C1),B(Br)和I(I))以及两种新开发的有机分子铁电体(亚水杨基苯胺以及(-)-樟脑酸)共五个体系进行了模拟.研究结果表明基于极化晶体电荷的分子动力学具有高效性和可靠性,它不仅阐明了所研究的分子铁电体的铁电翻转机制,而且扩展了极化晶体电荷的分子动力学的应用范围.总之,极化晶体电荷的分子动力学方法在利用计算机模拟分子铁电体的铁电特性和相关机制的研究中提供了-种有效的手段,也将促进对新型分子铁电体的进一步探索.

纤锌矿结构ZnO、AlN、GaN自发极化及压电系数的第一性原理计算

以现代极化理论为基础,通过构建一种结构简单、直观的计算模型,分别采用Berry phase和最大局域化Wannier函数方法并结合第一性原理,计算了纤锌矿结构的ZnO、AlN及GaN半导体的自发极化及压电系数,研究了自发极化与晶体结构之间的关系.计算结果与已有报道结果吻合较好.结果表明:AlN的自发极化及压电系数在三种半导体中最大,其自发极化超过另外两种半导体的两倍.发现最大局域化Wannier函数方法与Berry phase方法相比,由于产生了Wannier中心,因此在分析自发极化、电子结构及原子成键上具有独特的优势,能给出更清晰的物理图像.