低维铁电纳米结构内部特殊微结构的力学研究与相场模拟

在一定的电、力学条件下，低维铁电纳米结构内部会产生自发极化环形畴。这一现象具有很高的科研和应用价值，因此需要对其进行深入、系统的力学研究。本项目针对铁电纳米结构（纳米颗粒、纳米线和纳米管）中环形畴的存在条件、稳定性、尺度效应、表面效应、动力学反转以及纳米结构间的相互影响等问题进行微观力学理论分析和数值模拟。发展小尺度下铁电材料的三维相场计算模拟方法，通过对上述科学问题的研究，揭示低维铁电纳米结构内环形畴的存在条件和运动规律；总结尺度效应和表面效应的影响；实现对环形畴的动力学反转控制；表征在不同基体材料中纳米结构间的相互作用与影响。从而增强对铁电纳米材料内微结构演化机理的认识，建立完整的理论研究方法体系。为开发新一代高密度铁电纳米数据存储、交换设备提供理论依据。

最新的实验和理论研究证明，在特定的电、力学条件下低维铁电纳米结构内存在自发极化环形畴。对于这一特殊环形畴结构存在的条件和运动规律的研究是本课题的重点研究内容。目标是通过理论计算模拟来分析环形畴结构产生的原因；揭示其在微结构动力学过程中的形成机理、稳定性条件、以及在微纳尺度下受表/界面效应和尺寸效应的影响，最终理解由于特殊微结构的形成而带来的铁电纳米材料宏观电力学行为的特异性。本项目针对特殊环形畴结构在铁电纳米颗粒、铁电纳米薄膜以及铁电纳米多晶中的不同存在形式进行了相场计算分析。在以下几个方面取得了有益的研究成果：1）对铁电纳米颗粒和铁电纳米薄膜内的环形畴结构的存在形式和运动规律以及其受尺寸和表面应力的影响规律进行了总结分析；2）随后研究了两个孤立相邻的铁电纳米颗粒间的相互影响情况，分析了颗粒内部环形畴的形态随相邻颗粒间距的动态变化规律；3）最后研究分析了铁电纳米多晶内环形畴结构受界面和尺寸效应的影响规律并再现了其在外界施加电场激励下所表现出的特异的宏观电力学行为。