摘要：巨大的功能特性使绝缘体成为智能材料中的佼佼者。其中，由于压电和铁电在许多复杂的技术领域，特别是在小尺度水平上的广泛应用，它们在实践上和理论上都继续引起人们的浓厚兴趣。偏振是区分这些材料的主要物理性质。ABO
#Volume 15 NO.2#
05 基于现代极化理论的先进第一性原理分析有效地探索电子和介电性质：在PbTiO3上的应用
研究背景
巨大的功能特性使绝缘体成为智能材料中的佼佼者。其中，由于压电和铁电在许多复杂的技术领域，特别是在小尺度水平上的广泛应用，它们在实践上和理论上都继续引起人们的浓厚兴趣。偏振是区分这些材料的主要物理性质。ABO3钙钛矿型氧化物自发现以来一直是铁电性的焦点，因为它们的结构灵活性可以定制铁电性，这对于非易失性随机存取存储器的应用至关重要。当极轴垂直于表面时，这些效应特别明显，通常取决于表面终止，导致特殊的表面电荷积累，并导致不稳定的去极化场或在超薄膜极限处出现轨道有序驱动的铁电性等现象。尽管在研究介电性质方面取得了重大的理论和技术进步，并对铁电材料的尺寸效应进行了广泛的研究，但开发一种更灵活、一致和有效的策略来全面解决电子和介电性质仍然是一项艰巨的挑战，特别是从贝里相和万尼尔公式的角度来看。摘要亮点
电子和介电特性对于理解许多功能材料、预测其行为以及优化其在不同形状、几何形状和尺度上的性能至关重要。此文开发和探索了几种方法来或多或少深入地研究适当的属性。最吸引人、最准确、最有效的方法之一是基于现代极化理论的第一性原理模拟。特别是随着强大的计算资源和技术的可用性的提高。在这项进展的基础上，我们的贡献旨在阐明一种有效的方法，通过应用Berry相位和最大化局域万尼尔函数方法来研究电子和介电特性。我们的探索将首先集中在系统研究众所周知的PbTiO3原型体系统的电子、化学键、铁电性和压电性。随后，我们将扩展我们的研究，利用稳健的Wannier-justified Tight Binding模型，研究板料性能，如表面终止和板料厚度对电子性能的影响。Efficient exploration of electronic and dielectric properties using advanced first-principles analysis grounded in modern theory of polarization: Application to PbTiO3
Aimad Belboukhari, Souad Ait Saghir, Abderrahim Bakak, Said El-Jallal, Khaled Ait Bentaleb, My Abdelaziz Koumina, Daoud Mezzane, and Yaovi Gagou
Figure. Fully relaxed unit cell lattice and their symmetry-adapted Wannier orbitals with respect to the coordinates system.
Electronic and dielectric properties are essential for understanding many functional materials, predicting their behavior, and optimizing their performance across different shapes, geometries and scales.
Several approaches were developed and explored to investigate more or less deeply the appropriate properties.
One of the most appealing, accurate and efficient approach is first principle simulations based on modern theory of polarization.
Especially with the increased availability of powerful computational resources and techniques.
Building upon these advancements, our contribution aims to elucidate an effectient methodology for studying electronic and dielectric properties by applying the Berry phase and Maximally Localized Wannier functions methods.
Our exploration will initially focus on a systematic study of the electronic, chemical bonding, ferroelectric, and piezoelectric properties of the well-known prototypical bulk system PbTiO3.Subsequently, we will extend our study to examine slab properties as surface termination and slab thickness effect on electronic proeperties, utilizing the robust Wannier-justified Tight Binding model.
引用此文
Aimad Belboukhari, Souad Ait Saghir, Abderrahim Bakak, Said El-Jallal, Khaled Ait Bentaleb, My Abdelaziz Koumina, Daoud Mezzane, and Yaovi Gagou, Efficient exploration of electronic and dielectric properties using advanced first-principles analysis grounded in modern theory of polarization: Application to PbTiO3, J. Adv. Dielectr. 15, 2450020 (2025).
「Copyright@JAD编辑部」
内容提供 / 张乐乐
责任编辑 / 李明
终 审 / 魏晓勇
END
Journal of Advanced Dielectrics
《先进电介质学报（英文）》
期刊简介
JAD是由姚熹院士创办并担任主编的英文学术期刊，由西安交通大学国际电介质研究中心（ICDR）和
新加坡世界科技出版集团（WSPC）共同主办。它以电介质研究为特色，涵盖电介质基础研究、压电、铁电、薄/厚膜、多铁性材料、工程电介质等研究领域。旨在为国际上从事电介质学术研究的学者提供一个集中展示交流最新研究成果的平台，促进学术界对电介质理论及应用研究不断深入。目前JAD为双月刊，被ESCI、Scopus、CA、CNKI、DOAJ等多种检索数据库收录。往期推荐
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来源：老刘说科学