钙钛矿结构弛豫铁电体的电卡效应理论研究

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基本信息

  • 批准号：
    11804138
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    姜志军
  • 依托单位：
    西安交通大学
  • 学科分类：
    A2006.铁电与多铁体系
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Perovskite relaxor ferroelectrics are a special kind of functional material. They have been extensively studied due to their important properties of large dielectric constant, piezoelectric coefficient and electrostrictive effect, which make them key materials of electronic devices such as electro-optic storage, energy conversion, and the memory element. But for the moment, fewer investigations about electrocaloric effects have been performed in the relaxor ferroelectrics, the current research needs to be further deepened. In this project, we will investigate the electrocaloric effects in the prototypical perovskite relaxor ferroelectrics PbMg1/3Nb2/3O3 and Ba(Zr0.5Ti0.5)O3 using an effective Hamiltonian method, and clarify its origin from the microscopic scale. In addition, we will develop the effective Hamiltonian based molecular dynamics programs to investigate the electrocaloric effects of temperatures under the nonergodic conditions in relaxor ferroelectrics. Finally, from the micro-perspective and based on the Landau-like model to understand and explain the electrocaloric behavior of the perovskite relaxor ferroelectrics. This project has an important theoretical significance for discovering new solid-state cooling materials, which will make progress in the realistic application of relaxor ferroelectric materials in the refrigeration field.
具有钙钛矿结构的弛豫铁电体是一类非常重要的功能材料。这类材料由于其较大的介电常数、压电系数和电致伸缩效应等诸多重要性质而被广泛地研究，使其成为电光存储、能量转换和记忆元件等电子器件的关键材料。但目前关于电卡效应在弛豫铁电体中的研究还非常少，该方面的研究还需要进一步深入。本项目拟采用有效哈密顿量方法来研究典型钙钛矿弛豫铁电体PbMg1/3Nb2/3O3和Ba(Zr0.5Ti0.5)O3中的电卡效应，并从微观尺度上阐明其电卡效应的产生机理。此外，我们将发展基于有效哈密顿量方法的分子动力学程序，研究弛豫铁电体在非遍历性温度下的电卡效应。最后，从微观角度出发并利用朗道类似的模型来理解并解释钙钛矿结构弛豫铁电体中的电卡行为。该项目对发现新的固体制冷材料具有重要的理论意义，将进一步推动弛豫铁电体材料在制冷领域的实际应用。

结项摘要

本项目以钙钛矿结构的弛豫铁电体和多铁性材料作为具体研究对象，通过原子的有效哈密顿量方法研究了弛豫铁电体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3和稀土取代多铁材料BiFeO3中的电卡效应。研究发现在弛豫铁电体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3中存在一个临界点，该临界点附近能够产生巨大的电卡响应。我们同时还提出了一个现象学模型来解释有效哈密顿量得到的结果。通过模型可以发现，弛豫铁电体和多铁材料中的电卡系数由不同的部分组成，例如多铁材料Bi1−xNdxFeO3中的电卡系数由两部分组成，包含极化、介电响应、反铁磁序参量以及极化和反铁磁序之间的相互耦合。其中，第一部分依赖于极化和介电极化率，在铁电居里温度附近电卡系数会显著增大；第二部分包含介电响应、磁序参量和一个特殊的磁电耦合，在Néel温度处会出现一个峰值。此外，我们还研究了弛豫铁电体Ba(Zr0.5Ti0.5)O3中的能量存储，提出了一个现象学模型理解并解释了超高能量密度和效率出现的起源，该模型可以应用到其他弛豫铁电体和非线性介电材料。在项目的资助下，项目负责人共发表SCI论文6篇，主要发表Phys. Rev. Lett.和 Phys. Rev. B等顶级物理期刊上。在国际国内会议上作报告3次。该项目的开展不仅加深人们对电卡效应和能量存储的认识，而且将进一步推动弛豫铁电体和多铁性材料在固体制冷和储能领域的实际应用。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Designing multifunctionality via assembling dissimilar materials: epitaxial AlN/ScN superlattices
通过组装不同材料设计多功能性：外延 AlN/ScN 超晶格
  • DOI：
    10.1103/physrevlett.123.096801
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Physical Review Letters
  • 影响因子：
    8.6
  • 作者：
    Zhijun Jiang;Charles Paillard;David V;erbilt;Hongjun Xiang;L. Bellaiche
  • 通讯作者：
    L. Bellaiche
Ultrahigh energy storage density in epitaxial AlN/ScN superlattices
外延 AlN/ScN 超晶格中的超高能量存储密度
  • DOI：
    10.1103/physrevmaterials.5.l072401
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Physical Review Materials
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Zhijun Jiang;Bin Xu;Hongjun Xiang;L. Bellaiche
  • 通讯作者：
    L. Bellaiche
Linear versus nonlinear electro-optic effects in materials
材料中的线性与非线性电光效应
  • DOI：
    10.1103/physrevlett.125.017401
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Physical Review Letters
  • 影响因子：
    8.6
  • 作者：
    Zhijun Jiang;Charles Paillard;Hongjun Xiang;L. Bellaiche
  • 通讯作者：
    L. Bellaiche
Electrocaloric effects in multiferroics
多铁性材料中的电热效应
  • DOI：
    10.1103/physrevb.103.l100102
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Zhijun Jiang;Bin Xu;Sergey Pros;eev;Yousra Nahas;Sergei Prokhorenko;Jorge Íñiguez;L. Bellaiche
  • 通讯作者：
    L. Bellaiche
Energy storage in lead-free Ba(Zr, Ti)O3 relaxor ferroelectrics: Large densities and efficiencies and their origins
无铅 Ba(Zr, Ti)O3 弛豫铁电体中的能量存储：大密度和效率及其起源
  • DOI：
    10.1103/physrevb.105.024102
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Zhijun Jiang;Sergey Pros;eev;L. Bellaiche
  • 通讯作者：
    L. Bellaiche

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其他文献

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碰撞能量对反应H(2S) NH - 立体动力学的影响
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    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    姜志军
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Chemical Physics
  • 影响因子：
    2.3
  • 作者：
    姜志军;王美山;杨传路;何缔
  • 通讯作者：
    何缔
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  • 发表时间：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    姜志军
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碰撞能量和试剂振动激发对 H LiH 反应活性的影响：准经典轨迹研究
  • DOI：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    姜志军;王美山;杨传路;何缔
  • 通讯作者：
    何缔
H/D/T+LiH反应的立体动力学研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    原子与分子物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    姜志军;王美山;杨传路
  • 通讯作者：
    杨传路

其他文献

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姜志军的其他基金

非中心对称二维层状材料电光系数的第一性原理研究
  • 批准号：
    12374092
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    53 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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