基于分子动力学模拟预测并理解取向无序材料中的压卡效应

由于其高能效与环保特性，基于压卡（BC）效应的固态制冷代表了依赖温室气体的传统制冷技术的一种有前景的替代方案。表现出取向有序-无序固-固相变的塑晶已成为最能实现 BC 固态制冷全部潜力的材料之一。然而，对于支撑有序-无序 BC 效应的原子尺度机制仍缺乏全面理解，且尚未建立用于定量评估和预测它们的严谨系统方法。在此，我们提出一种用于评估和预测取向无序材料中 BC 效应的计算方法，该方法依赖原子尺度分子动力学模拟并模拟准直接量热 BC 测量。值得注意的是，所提出的计算方法能精确确定源自振动与分子取向自由度的对总熵的部分贡献。我们的 BC 模拟方法应用于具有技术相关性的材料 CH$_{3}$NH$_{3}$PbI$_{3}$（MAPI），发现在约 0.1 GPa 的中等压力变化下存在巨大 BC 等温熵变（$|\Delta S_{\rm BC}| \sim 10$ J K$^{-1}$ kg$^{-1}$）。有趣的是，我们对 MAPI 的计算分析揭示，分子阳离子的振动自由度变化（而非其重取向运动）对伴随有序-无序固-固相变的熵变具有主要影响。