项目名称：铁性智能材料的高性能化研究首席科学家：任晓兵西安交通大学起止年限：2012.1-2016.8依托部门：教育部一、关键科学问题及研究内容前述部分论述的国家重大需求与遭遇到的瓶颈问题，凸显出三类智能材料性能的大幅度提高是当前亟待解决的关键问题。而对我们的前期工作成果进行梳理可以认为解决这一问题根本的科学途径，就是将具有物理共性基础的三类材料进行对比性研究，基于物理的平行性，相互借鉴各自的新发现、新性质，寻求从原理性的高度实现突破，并据此在原子、畴结构等多个尺度下进行材料设计，以寻求同步实现三类智能材料的驱动输出最大化和能量耗散最小化，进而研制新型智能材料，为其实用化提供理论与技术支撑。从表面上看各不相同的三类智能材料如果从基于序参量（orderparameter）的唯像角度来看则存在着如下物理及材料科学共性：（1）它们都具有响应外界物理作用的被称为“序参量”的某种“矩”（moment）（磁矩、电偶极矩或弹性偶极矩（straindipole）；（2）这些矩都以“畴”的方式存在和被约束（在畴内一致排列，而畴间排列不同），以获得基态下能量的最小状态；（3）在外界各种物理能量的作用下，系统新的能量平衡的重新实现都是通过矩转动和畴壁移动的共同方式（4）矩和畴结构的改变都有效地耦合了晶格的畸变，并在宏观上显示为应变输出。这些共性意味着三类材料很可能存在共同的物理基础或材料科学基础。这里需要进一步解决如下与提高三类智能材料性能相关的关键科学问题。2.1拟解决的关键科学问题及其内涵关键科学问题：基于序参量与广义缺陷耦合作用的智能材料共性材料科学基础及其高性能化内涵：（1）如何根据Landau理论，合理地考虑序参量与控制材料行为的广义缺陷（掺杂，溶质原子等）的耦合作用，进而建立能够正确理解和预测三类智能材料的相稳定性、畴结构特征、宏观性能的统一理论框架。（2）如何利用这一理论框架寻找提高性能的有效机制进而实现三类智能材料的高性能化。2.2相关科学问题和主要研究内容上述关键科学问题将进一步细化为如下具体的相关科学问题和主要研究内容：相关科学问题1：三类材料的统一物理模型以及在原子、畴结构等多尺度下设计高性能材料的准则基于前期在形状记忆合金和压电材料方面的理论研究基础以及模型的类似性（王云志课题组，PRL2010），建立基于序参量和广义缺陷（掺杂，溶质原子等）耦合的统一物理模型（图2.1）。基于该模型研究材料在原子序参量、畴等多个尺度的演化规律以及对...
