Аннотация:
В данной работе на основе молекулярных моделей были исследованы и проанализированы структура и поляризация поливинилиденфторида (ПВДФ) и поли(винилиденфторид-трифторэтилена) (П(ВДФ-ТрФЭ)) нанопленок Ленгмюра–Блоджетт (ЛБ) в зависимости от структуры и состава их мономерных цепочек полимера и сополимера. Квантово-механические расчеты и моделирование, а также проведенные расчеты методом молекулярной динамики (МД), основанные на полуэмпирических квантово-химических методах (таких как PM3), показали, что энергия изученных ПВДФ и П(ВДФ-ТрФЭ) молекулярных структур, поляризация и ее переключение соответствуют однородному механизму переключения в рамках феноменологической теории Ландау–Гинзбурга–Девоншира (ЛГД) в линейном приближении малых значений электрического поля. Величина полученного критического коэрцитивного поля находится в пределах EC∼0.5…2.0EC∼0.5…2.0 GV/m, что согласуется с экспериментальными данными. Установлено также, что данный однородный механизм переключения поляризации полимерных цепочек ПВДФ и П(ВДФ-ТрФЭ) инициируется квантовыми свойствами молекулярных орбиталей электронной подсистемы: приложенное электрическое поле вызывает постепенный сдвиг «облаков» электронной плотности (электронная поляризуемость), что вызывает также постепенное смещение и атомных остовов, в соответствии с принципом минимума полной энергии системы, и это приводит в конечном итоге при достижении критической точки (бифуркации) — к перевороту всей цепочки и резкому падению полной энергии системы в ее энергетически более выгодное состояние. Это все хорошо видно на петлях гистерезиса как поляризации, так и полной энергии. При этом времена переворота цепочки, получаемые методом молекулярной динамики в полуэмпирическом квантово-химическом PM3 подходе в ограниченном приближении Хартри–Фока, при приближении к этой критической точке резко возрастают, стремясь в пределе к бесконечности, что и соответствует теории ЛГД.
Данная работа поддержана грантом РФФИ № 14-31-50605 и частично грантом РФФИ № 15-01-04924.
Материал поступил в редакцию 20.02.2015, опубликован 09.04.2015
Тип публикации:
Статья
УДК:
530.1:537.226.33:541.1:577:681.2
Образец цитирования:
В. Е. Геворкян, Е. В. Парамонова, Л. А. Авакян, В. С. Быстров, “Компьютерное моделирование и молекулярная динамика переключения поляризации в сегнетоэлектрических пленках ПВДФ и П(ВДФ-ТрФЭ) на наноуровне”, Матем. биология и биоинформ., 10:1 (2015), 131–153
\RBibitem{GevParAva15}
\by В.~Е.~Геворкян, Е.~В.~Парамонова, Л.~А.~Авакян, В.~С.~Быстров
\paper Компьютерное моделирование и молекулярная динамика переключения поляризации в сегнетоэлектрических пленках ПВДФ и П(ВДФ-ТрФЭ) на наноуровне
\jour Матем. биология и биоинформ.
\yr 2015
\vol 10
\issue 1
\pages 131--153
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/mbb216}
\crossref{https://doi.org/10.17537/2015.10.131}
Образцы ссылок на эту страницу:
https://www.mathnet.ru/rus/mbb216
https://www.mathnet.ru/rus/mbb/v10/i1/p131
Эта публикация цитируется в следующих 7 статьяx:
Vladimir Bystrov, Ekaterina Paramonova, Xiangjian Meng, Hong Shen, Jianlu Wang, Tie Lin, Vladimir Fridkin, “Ferroelectric Thin Films and Composites Based on Polyvinylidene Fluoride and Graphene Layers: Molecular Dynamics Study”, Coatings, 14:3 (2024), 356
V. M. Fridkin, “Two-Dimensional Ferroelectric Crystals”, Crystallogr. Rep., 69:3 (2024), 332
V. M. Fridkin, “Two-dimensional ferroelectric crystals”, Kristallografiâ, 69:3 (2024), 438
Bystrov V.S., Fridkin V.M., “Domain and Homogeneous Switching in Ferroelectrics”, Ferroelectrics, 569:1 (2020), 164–181
Paramonova E., Bystrov V., Meng X., Shen H., Wang J., Fridkin V., “Polarization Switching in 2D Nanoscale Ferroelectrics: Computer Simulation and Experimental Data Analysis”, Nanomaterials, 10:9 (2020), 1841
В. С. Быстров, В. М. Фридкин, “Двумерные сегнетоэлектрики и однородное переключение. К 75-летию теории сегнетоэлектричества Ландау–Гинзбурга”, УФН, 190:11 (2020), 1217–1224; V. S. Bystrov, V. M. Fridkin, “Two-dimensional ferroelectrics and homogeneous switching. On the 75th anniversary of the Landau–Ginzburg theory of ferroelectricity”, Phys. Usp., 63:11 (2020), 1140–1147
E. V. Paramonova, S. V. Filippov, V. E. Gevorkyan, L. A. Avakyan, X. J. Meng, B. B. Tian, J. L. Wang, V. S. Bystrov, “Polarization switching in ultrathin polyvinylidene fluoride homopolymer ferroelectric films”, Ferroelectrics, 509:1 (2017), 143
Цитирование в формате AMSBIB
Обратная связь: