賈春林科學(xué)家工作室青年教師王大威副教授與國際同行合作，通過延長分子動力學(xué)模擬時(shí)間等辦法，研究揭示了弛豫鐵電體在亞太赫茲頻段介電響應(yīng)機(jī)理。此項(xiàng)研究于2016年4月在線發(fā)表在《Nature Communication》（IF=11.47）雜志網(wǎng)站上。西安交通大學(xué)是該論文的第一作者單位與第一通訊作者單位。

弛豫鐵電體是一類重要的介電材料，主要特點(diǎn)是其介電響應(yīng)作為溫度的函數(shù)會隨測試頻率不同而發(fā)生巨大的變化。因這類材料在微波-太赫茲頻段往往具有較大的介電常數(shù)，故很有可能應(yīng)用于基于太赫茲頻段的下一代無線通信。 然而從科學(xué)研究角度來講，對這類材料在微波-太赫茲頻段的性質(zhì)很難研究，主要瓶頸有兩個：（1） 實(shí)驗(yàn)上在這一頻段還沒有成熟的材料測試技術(shù)和設(shè)備；（2）在理論上對弛豫鐵電體低頻下復(fù)雜動力學(xué)的模擬計(jì)算極為缺乏。

本研究工作針對上述研究瓶頸，基于作者前期對弛豫鐵電體的研究結(jié)果（Nat. Commun. 5: 5100）, 通過對無鉛弛豫鐵電體Ba(Zr,Ti)O3分子動力學(xué)模擬所獲得的結(jié)果進(jìn)行擬合，將介電響應(yīng)中的弛豫部分進(jìn)行分離并作為重點(diǎn)研究對象，獲得了介電常數(shù)（介電響應(yīng)的實(shí)部）和吸收率（ 介電響應(yīng)的虛部）作為頻率和溫度的函數(shù)，再現(xiàn)了介電常數(shù)出現(xiàn)最大值的溫度（一般稱為Tm）隨頻率變化所遵守的Vogel-Fulcher定律。這也是首次報(bào)導(dǎo)通過模擬計(jì)算成功再現(xiàn)弛豫鐵電體這一獨(dú)特性質(zhì)。研究結(jié)果還再現(xiàn)了低溫下吸收率對頻率近乎為常數(shù)的這一弛豫鐵電體的性質(zhì)。此外，在模擬計(jì)算中還分離出了與Ti離子和Zr離子相關(guān)聯(lián)的介電響應(yīng)譜，闡明了與Ti離子相關(guān)的偶極子振動對弛豫性質(zhì)的主導(dǎo)性貢獻(xiàn);獲得了介電響應(yīng)譜的擬合參數(shù)隨溫度的變化，建立了這些參數(shù)與弛豫鐵電體特征溫度的聯(lián)系。這些研究結(jié)果大大加深了對這一弛豫鐵電體的理解。

本研究工作受到國家自然科學(xué)基金的支持，并通過與加拿大Simon Fraser大學(xué)（A. A. Bokov, Z.-G. Ye），捷克科學(xué)院（J. Hlinka），以及美國阿肯色大學(xué)（L. Bellaiche）的科學(xué)家緊密合作完成。