(作者：溫才妃，劉逸飛  來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)）

　　7月26日，西湖大學(xué)理學(xué)院物理系特聘研究員劉仕團(tuán)隊(duì)在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表了最新研究成果，并入選編輯推薦。該研究利用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分子動(dòng)力學(xué)方法，揭示了在經(jīng)典鐵電材料鈦酸鉛中，通過(guò)施加適當(dāng)?shù)膽?yīng)變，可以誘導(dǎo)出一種新型的螺旋鐵電結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出巨大的壓電效應(yīng)。

　　鐵電材料指的是在沒(méi)有外加電場(chǎng)下，具有自發(fā)電荷極化的材料。鈦酸鉛（PbTiO?）作為最典型的鐵電材料之一，其物理特性和應(yīng)用前景一直是研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的鐵電材料研究主要集中在其靜態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上，對(duì)其動(dòng)態(tài)行為和復(fù)雜疇結(jié)構(gòu)的探索相對(duì)較少。

　　劉仕團(tuán)隊(duì)采用了密度泛函理論（DFT）和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法。通過(guò)這種方法，他們不僅能夠預(yù)測(cè)材料的性質(zhì)，還能夠模擬大量原子在溫度和電場(chǎng)共同作用下的集體行為，從而揭示材料的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和性能。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在鈦酸鉛中施加適當(dāng)?shù)膽?yīng)變可以誘導(dǎo)出一種螺旋鐵電結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中的電偶極子在三維空間中形成了螺旋排列，展現(xiàn)出高度關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)行為。這種螺旋結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了比傳統(tǒng)多疇結(jié)構(gòu)更優(yōu)異的壓電性能，其壓電系數(shù)甚至可以超過(guò)320 pC/N。這一發(fā)現(xiàn)為提升鐵電材料的壓電效應(yīng)提供了新的機(jī)制。

　　研究強(qiáng)調(diào)了動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)在材料性能中的重要性。通過(guò)模擬原子的集體行為，團(tuán)隊(duì)揭示了鈦酸鉛在壓電效應(yīng)上的潛藏優(yōu)越性，并提出了利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提升壓電性能的新手段。

　　這項(xiàng)研究不僅在物理層面上發(fā)現(xiàn)了鐵電體系中的螺旋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還在科學(xué)方法論上展示了AI輔助的分子動(dòng)力學(xué)在揭示材料新物理性質(zhì)中的應(yīng)用前景。同時(shí)，這項(xiàng)工作也為未來(lái)在手性聲子、非共線鐵電拓?fù)涞确矫娴难芯刻峁┝诵碌乃悸贰?/p>

　　西湖大學(xué)理學(xué)院物理系博士生胡逸豪為論文第一作者，劉仕為論文通訊作者，博士生楊季元在分子動(dòng)力學(xué)方面提供了重要幫助。