基于微观方法的铁电晶体自由能计算
材料科学
2015-05-13 v2 统计力学
摘要
利用Zhong、Vanderbilt和Rabe [Phys. Rev. Lett. 73, 1861 (1994)] 从第一性原理推导的有效哈密顿量，结合分子动力学模拟与热力学积分方法，计算了钛酸钡在居里温度附近作为极化函数的自由能。该方法的主要特点是通过在固定极化约束下进行分子动力学模拟，从作用于局域模上的力的热力学平均值出发，计算三维空间 (Px, Py, Pz) 中自由能的梯度。在T=280 K（约低于Tc 15-17 K）时，特别是在低序参量下，对约束极化态进行了仔细分析。对于较小的超胞尺寸（L=12和L=16），这些态被发现是相当均匀的，直到在较大超胞（L=20）的低序参量下观察到非均匀态。然而，对于合理的超胞尺寸（L=12），获得的自由能曲线与文献中的唯象朗道势吻合得很好。此外，在T=280 K时，从L=12到L=16，获得的自由能对超胞尺寸相当不敏感，这表明在Tc附近，界面贡献（如果有的话）在这些尺寸下可以忽略不计。该方法可以数值估算在Tc处分离顺电相和铁电相的自由能势垒。然而，我们的测试证实了在低温和低序参量下存在相分离，这与Tröster等人 [Phys. Rev. B 72 (2005), 094103] 的结果一致。
引用
@article{arxiv.0904.0264,
title = {Free energies of ferroelectric crystals from a microscopic approach},
author = {Gregory Geneste},
journal= {arXiv preprint arXiv:0904.0264},
year = {2015}
}
备注
submitted to Computer Physics Communications