Machine learning-enabled atomistic insights into phase boundary engineering of solid-solution ferroelectrics

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作者
Weiru Wen,Fanda Zeng,Ben Lian Xu,Ke Bi,Zhipeng Xing,Hao‐Cheng Thong,Ke Wang
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1038/s41524-025-01829-6
摘要

Atomistic control of phase boundaries is crucial for optimizing the functional properties of solid-solution ferroelectrics, yet their microstructural mechanisms remain elusive. Here, we harness machine-learning-driven molecular dynamics to resolve the phase boundary behavior in the KNbO 3 –KTaO 3 (KNTO) system. Our simulations reveal that chemical composition and ordering enable precise modulation of polymorphic phase boundaries (PPBs), offering a versatile pathway for materials engineering. Diffused PPBs and polar nano regions, predicted by our model, highly match with experiments, underscoring the fidelity of the machine-learning atomistic simulation. Crucially, we identify elastic and electrostatic mismatches between ferroelectric KNbO 3 and paraelectric KTaO 3 as the driving forces behind complex microstructural evolution. This work not only resolves the longstanding microstructural debate but also establishes a generalizable framework for phase boundary engineering toward next-generation high-performance ferroelectrics.
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