马星桥：磁学体系的相场方法研究渐入佳境

□文｜王霞

近日记者从北京科技大学获悉，该大学物理系教授马星桥课题组在相场方法计算方面获得新进展。

相场方法起源于朗道的相变理论，上世纪80年代初，哈恰图良发展了微弹性理论，使相场方法可用于弹性体系中。

近年来，人们开始逐渐认识到相场方法在材料性质模拟方面的优势。它可以模拟非均匀体系中微观组织或磁畴、电畴的形貌及其演化过程，对研究相变过程以及计算材料的宏观物理性质十分有效，并可作为构建多尺度模型的核心，在材料研究方面正越来越受到重视。

该课题组与宾夕法尼亚州立大学陈龙庆教授及香港理工大学石三强教授合作，对相场计算方法进行了改进。相场方法中为反映材料的对称性及相变，自由能表达式中采用朗道多项式，要由实验结果拟合多项式的系数。对于有极低含量合金元素的体系很难找到合适的表达式，较难定量计算浓度。马星桥教授指导博士研究生施小明，在相场计算方法取得新进展。他们构建了一种采用势表的数字化方法，避免了原来相场方法需要寻找朗道多项式并拟合系数的做法，可以计算低至ppm级的浓度，达到定量水平。该方法也可推广到铁磁、铁电及铁弹体系的计算。

马星桥课题组现在把主要精力放在了用相场方法研究磁学体系上。磁性材料的应用离不开磁畴在外场下的变化规律，与当前广泛采用计算磁畴演化和磁化参量的微磁学方法相比，相场方法不仅可研究磁学量，而且可研究非磁学物理量的演化和它们与磁学量的相互作用，在计算磁畴的同时计算电畴及应变，因而可以研究多场作用下的多铁体系。……