液体环境稳定极化晶体表面的理论

极化晶体表面在许多材料的功能性中起着重要作用，并在过去几十年中得到了广泛研究。本文提出了一个理论框架，通过将周围溶液环境与晶体本身置于同等地位，扩展了现有理论；这在某些情形下具有优势，例如考虑从溶液中晶体生长的过程。通过将极化晶体视为浸没在溶液环境中的一组平行板电容器，我们通过最小化系统自由能推导出了平衡吸附表面电荷密度。类比于众所周知的零温下极化晶体表面发散的表面能，我们表明对于溶液中的晶体，“极化灾变”表现为使系统偏离平衡态的发散自由能代价。比现有理论更进一步，本公式预测吸附表面电荷密度的涨落随晶体厚度增加而受到越来越强的抑制。我们还展示了在理论和计算界面研究中常用的平板几何中，电位移场如何作为静电边界条件出现，其根源在于平板几何本身，而非周期边界条件的使用。工作的这一方面为近期观察到的标准“平板修正”即使定性上也无法正确描述溶液中极化晶体表面提供了更坚实的理论基础。