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非均匀力场诱导下铁电畴变及相变的相场数值研究

非均匀力场诱导下铁电畴变及相变的相场数值研究

摘要：

非均匀力场下的铁电畴变及相变在材料科学领域中具有重要意

义。本文通过数值模拟的方法，研究了非均匀力场对铁电畴变

及相变的影响，揭示了其中的机制和规律。研究结果表明，非

均匀力场可以显著影响铁电畴结构的形态和演化，导致相变行

为的出现。

引言：

铁电材料是一类具有较高应用潜力的功能材料，其在电子设备、

传感器和存储器等领域中有着广泛的应用。铁电材料的特殊之

处在于其具有铁电畴结构，即在无外力作用下呈现的畴结构，

畴内的极性取向不同于周围的畴。过去的研究表明，外界力场

的作用可以改变铁电畴的取向和大小，从而引起铁电材料的相

变。

方法：

本研究采用了相场模型，并结合有限差分数值模拟方法，对非

均匀力场下的铁电畴变及相变进行了数值研究。

首先，建立了二维相场方程，描述了铁电材料的畴结构演

化过程。该方程考虑了电场、力场和各向异性等因素的综合作

用，并引入了位势能函数和自由能概念，描述了畴结构的稳定

性和演化行为。

接着，引入非均匀力场。非均匀力场在空间上存在着变化，

可以模拟实际材料中的不均匀应变或电荷分布等情况。例如，

在铁电材料中，应变或电荷分布不均匀的部分会形成畴壁，对

畴的演化起到重要作用。因此，本文在模拟中引入了非均匀力

场，用于探究其对铁电畴变及相变的影响。

结果与讨论：

通过对相场模型的数值模拟，发现非均匀力场对铁电畴变及相

变具有显著影响。具体而言，非均匀力场可以引起畴结构的形

态变化和畴壁的移动，这可能导致相变行为的出现。

首先，在外力驱动下，畴壁的移动会使得铁电畴的取向发

生变化。畴壁的移动速度与非均匀力场的梯度有关，畴壁在非

均匀力场较大的区域移动更快。这种畴壁的移动可以导致畴结

构的重构和畴的分裂等行为。

其次，相场模拟还显示，非均匀力场会改变畴结构的形态

和分布。非均匀力场在空间上的分布会导致畴结构的形态不均

匀，例如形成畴片或畴线等形状，而不是规则的畴结构。

这些发现揭示了非均匀力场对铁电畴变及相变的重要影响。

非均匀力场可以通过改变外力驱动下的畴壁移动和畴结构的形

态，引发铁电材料的相变行为。

结论：

本研究通过相场数值模拟的方法，研究了非均匀力场诱导下的

铁电畴变及相变行为。研究结果表明，非均匀力场可以显著改

变铁电畴的形态和分布，导致相变行为的出现。这对深入理解

铁电材料的性质和应用具有重要意义。相场模型的应用为进一

步研究非均匀力场下铁电畴变及相转变的机制提供了有效的工

具。

未来的研究可以通过实验数据的验证，进一步验证数值模

拟结果，并探索更复杂的材料系统和力场条件下的铁电畴变行

为。这将有助于提高对铁电材料的认识，并推动其在电子器件

等领域的应用

综上所述，研究表明非均匀力场对铁电畴变及相变具有重

要影响。非均匀力场可以通过改变畴壁移动速度和畴结构形态，

引发铁电材料的相变行为。这些发现为深入理解铁电材料的性

质和应用提供了重要参考。未来的研究可以通过实验验证数值

模拟结果，探索更复杂的材料系统和力场条件，进一步推动铁

电畴变行为的研究。这将有助于提高对铁电材料的认识，并促

进其在电子器件等领域的应用