Mu-pro软件应用实例

杨天南等人基于Mupro软件中的铁电模块，模拟了电场诱导的反铁电-铁电相变，并在《Nature》期刊上发表了题为《Ultrahigh electromechanical response from competing ferroic orders》的研究论文。研究提出，通过反铁电（AFE）和铁电（FE）相的竞争策略，可以显著提升机电响应，并在铌酸钠（NaNbO₃，NNO）薄膜中实现超高有效压电系数，为高性能机电器件的设计开辟了新的途径。

该文聚焦于铌酸钠（NaNbO₃，NNO）薄膜，采用多种研究手段深入探讨其晶体结构、铁电性能和机电响应等特性，为高性能机电器件材料的开发提供了重要依据。主要研究内容如下：

通过同步辐射XRD、TEM等技术对NNO薄膜进行了表征，揭示了薄膜中反铁电正交相（P相）与铁电菱方相（N相）共存的现象，并计算得出了P相和N相的晶格参数。

通过多种测试手段验证了薄膜具有良好的晶体结构和表面质量。测量了NNO薄膜的极化-电场（P-E）回线及相应的开关曲线，从而确认了其铁电和反铁电特性。在低电场下，薄膜表现出典型的铁电行为；而在高电场下，则发生了反铁电-铁电（AFE-FE）相变。此外，通过激光多普勒测振仪测量了薄膜的表面位移，进一步研究了其机电响应。

进行第一性原理计算，研究NNO的结构相变和电子结构，为选择合适的衬底提供理论依据。同时，采用相场模拟方法，研究了AFE和FE相共存时的微观结构演化、应变响应以及畴动力学。模拟结果与实验测量结果一致，揭示了AFE-FE相变在产生高机电响应中的关键作用。

Mu-Pro软件由欧洲科学院外籍院士陈龙庆教授创办，包含多个模块的相场微结构建模程序。其功能涵盖从合金凝固与沉淀相析出到铁电和铁磁畴结构演化等领域。该软件提供了用户友好的命令行和图形界面，能够帮助材料研究人员模拟和预测：1) 材料内部局部微观结构及其性能的时间演变；2) 微观结构在外部机械、电或磁场作用下的整体反应，从而促进对现有材料实验观察的深入理解，并为新材料微观结构的设计提供指导。

MuPro软件目前已开发铁电模块、铁磁模块、有效性质计算模块、介电击穿模块以及阻抗模块。杨天南教授等人正是利用了铁电模块进行了相关研究。在铁电相场模拟模块中通过求解铁电相场模型的TDGL方程实现对铁电畴结构的演化。支持块体材料、薄膜材料和自定义纳米结构的情况，并考虑施加电场和应力应变等外加条件。

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