西安交大揭示弛豫铁电体在亚太赫兹频段介电响应机理

贾春林科学家工作室青年教师王大威副教授与国际同行合作，通过延长分子动力学模拟时间等办法，研究揭示了弛豫铁电体在亚太赫兹频段介电响应机理。此项研究于2016年4月在线发表在《Nature Communication》（IF=11.47）杂志网站上。西安交通大学是该论文的第一作者单位与第一通讯作者单位。

弛豫铁电体是一类重要的介电材料，主要特点是其介电响应作为温度的函数会随测试频率不同而发生巨大的变化。因这类材料在微波-太赫兹频段往往具有较大的介电常数，故很有可能应用于基于太赫兹频段的下一代无线通信。 然而从科学研究角度来讲，对这类材料在微波-太赫兹频段的性质很难研究，主要瓶颈有两个：（1） 实验上在这一频段还没有成熟的材料测试技术和设备；（2）在理论上对弛豫铁电体低频下复杂动力学的模拟计算极为缺乏。

本研究工作针对上述研究瓶颈，基于作者前期对弛豫铁电体的研究结果（Nat. Commun. 5: 5100）, 通过对无铅弛豫铁电体Ba(Zr,Ti)O3分子动力学模拟所获得的结果进行拟合，将介电响应中的弛豫部分进行分离并作为重点研究对象，获得了介电常数（介电响应的实部）和吸收率（ 介电响应的虚部）作为频率和温度的函数，再现了介电常数出现最大值的温度（一般称为Tm）随频率变化所遵守的Vogel-Fulcher定律。这也是首次报导通过模拟计算成功再现弛豫铁电体这一独特性质。研究结果还再现了低温下吸收率对频率近乎为常数的这一弛豫铁电体的性质。此外，在模拟计算中还分离出了与Ti离子和Zr离子相关联的介电响应谱，阐明了与Ti离子相关的偶极子振动对弛豫性质的主导性贡献;获得了介电响应谱的拟合参数随温度的变化，建立了这些参数与弛豫铁电体特征温度的联系。这些研究结果大大加深了对这一弛豫铁电体的理解。

本研究工作受到国家自然科学基金的支持，并通过与加拿大Simon Fraser大学（A. A. Bokov, Z.-G. Ye），捷克科学院（J. Hlinka），以及美国阿肯色大学（L. Bellaiche）的科学家紧密合作完成。

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