A homogenization theory for systems of penetrable dielectric particles
本文提出了一种多粒子理论，用于计算具有不同穿透度的非均匀介质粒子组成的宏观均匀和各向同性系统的有效准静态介电常数。该理论是基于我们原来的紧群的方法，由Hashin-Shtrikman变分原理补充。控制方程是通过对系统中局部介电常数与所需有效介电常数的偏差的统计矩求和而获得的。原则上，后者可以从控制方程中恢复为组分体积浓度（通过颗粒特征函数的某些乘积的统计平均值表示）和介电常数分布的函数。在局部介电常数由感兴趣点到最近球的最短距离确定的建议下，对具有分段连续径向介电常数的硬且完全可穿透的球进行了完整的分析。并与其他作者的理论分析和模拟结果进行了对比。这种比较验证了我们的理论，也揭示了可能的计算错误所造成的使用矩形格子模拟分散的球形粒子。
2018-11-04 cond-mat.soft
Static Dielectric Permittivity Profiles and Coarse-graining Approaches for Water in Graphene Slit Pores
Stuttgart Center for Simulation Science (SC SimTech), University of Stuttgart（斯图加特大学模拟科学中心 (SC SimTech)）；Institute for Computational Physics, University of Stuttgart（斯图加特大学计算物理研究所）；Institute for Physics of Functional Materials, Hamburg University of Technology（汉堡工业大学功能材料物理研究所）；Laboratory of Computational Science and Modeling, IMX, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院 IMX 计算科学与建模实验室）；Institute of Theoretical and Computational Physics, Graz University of Technology（格拉茨工业大学理论与计算物理研究所）
研究通过推导格林-库波关系，揭示了石墨烯狭缝孔中水的介电响应特性，展示了介电界面位置对电容的影响，并验证了水在纳米尺度下的本征介电行为。
2025-12-08 cond-mat.soft
Why does dissolving salt in water decrease its dielectric permittivity
本文利用基于密度泛函理论的深度神经网络研究盐水介电常数下降机制，发现其主要原因是离子水合壳层破坏水分子偶极关联，从而抑制溶剂水的集体响应。
2023-07-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft physics.chem-ph
Simulation of Electric Double Layers around Charged Colloids in Aqueous Solution of Variable Permittivity
在过去的十年里，人们对溶液中带电胶体周围的离子分布进行了深入的研究。然而，很少有理论方法包括系统内的介电常数的变化的影响，更不用说在周围的溶剂。在这篇文章中，我们介绍了两个相对较新的方法，可以解决泊松方程的系统与变化的介电常数。谐波插值法（HIM）近似地解决了格林函数的球谐级数，从而提供了解析的离子-离子电位的带电系统的哈密顿量。麦克斯韦方程组分子动力学（MEMD）算法的特点是静电学的局部方法，允许介电常数的任意局部变化。我们表明，这两种方法的结果是非常好的协议。我们还发现，重整化电荷的胶体，并与它的有效的远场相互作用，显着变化，如果附近的胶体的介电性质发生变化。
2014-05-15 cond-mat.soft
The influence of charged-induced variations in the local permittivity on the static and dynamic properties of polyelectrolyte solutions
由于聚电解质在工业过程中的广泛应用和在生物学中的普遍存在，有大量的文献研究了聚电解质的静态和动态性质。由于其高度带电的性质，聚电解质倾向于改变其主链的几纳米内的溶液的局部介电常数。然而，这种效应在模拟和理论工作中几乎完全被忽略。在这篇文章中，我们应用我们最近开发的静电解算器的基础上麦克斯韦方程组，以检查在附近的介电常数降低的影响。我们首先验证我们的新方法，通过计算和比较离子分布在一个线性固定的离子束，并找到定量和定性的变化的离子分布。进一步的模拟与施加的电场表明，在局部介电常数的减少增加了约百分之十的链的迁移率。更重要的是，局部介电常数的变化导致电导率的性质不同的行为。
2015-11-23 cond-mat.soft
Random 3D Spin System Under the External Field and Dielectric Permittivity Superlattice Formation
由粗糙极化的分子组成的电介质被视为三维无序自旋系统（自旋玻璃）。发展了一种在微米空间尺度和纳秒时间尺度上研究该系统驻电磁波统计特性的微观方法。利用遍历性假设，将初始的三维自旋问题沿外场传播转化为两个独立的一维自旋问题。第一个问题描述的是无序自旋链系统，第二个问题描述的是在Langevin-Schroedinger（L-Sch）型方程框架下具有弛豫的无序N粒子量子系统。这两个系统的统计特性进行了详细研究。基于这些结构，计算了与集体取向效应有关的极化率系数。推广了Clausius-Mossotti介电常数公式。对于介电常数函数，考虑到克劳修斯-莫索蒂广义公式，找到了广义方程。
2006-09-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dielectric permittivity of water confined in stacks of charged lipid layers: extracting profiles from molecular dynamics simulations using a modified Poisson-Boltzmann equation
Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Institut Lumière Matière（里昂第一大学，法国国家科学研究中心，光物质研究所）；UPR 22/CNRS, Institut Charles Sadron, Université de Strasbourg（斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心查尔斯·萨德龙研究所）
本文提出一种修改的泊松-玻尔方程模型，用于研究水在带电脂层堆叠中的介电极化率剖面，揭示脱水导致的膜间吸引现象。
2025-09-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Kinetic and ion pairing contributions in the dielectric spectra of electrolyte aqueous solutions
了解介电谱可以揭示从偶极弛豫时间到电子弛豫时间的溶剂和溶质动力学的重要信息。在20世纪70年代后期，哈伯德和昂萨格预测，向极性溶液中加入盐离子将导致介电常数降低，这是由于溶剂偶极子意外倾向于与施加的电场相反。到目前为止，这种效果已经逃脱了实验验证，主要是因为伴随出现的介电饱和的Hubbard-Onsager减量不能很容易地分开。在这里，我们开发了一种新的非平衡分子动力学模拟的方法来确定这个衰减准确的第一次。使用热力学一致的全原子力场，我们表明，对于含有氯化钠约4.8摩尔/升的水溶液，这种效果占总介电常数的12%。如果使用不太精确的离子力场，介电衰减可以显著不同。使用广泛的GROMOS参数，我们实际上观察到介电常数的{ \it增量}而不是减量。我们可以表明，这种增量是由离子配对引起的，由过低的色散力引入，并澄清了长寿命离子对之间的微观联系和溶液介电谱中特定特征的出现。
2014-04-03 cond-mat.soft
Colossal Dielectric Permittivity and Superparaelectricity in phenyl pyrimidine based liquid crystals
本文通过苯基嘧啶和腈基取代改造铁电向列相原型 DIO，合成出偶极矩高达 14.8 D 的液晶分子，首次在流体中发现无滞后的超顺电性及巨介电常数，并展示其在超级电容器储能中的应用潜力。
2024-11-07 cond-mat.soft
Explaining the thickness-dependent dielectric permittivity of thin films
本文在Lorentz场框架下建立限域模型，推导出薄膜介电常数随厚度变化的解析表达式，揭示k空间本征模受限是介电常数随厚度减小而降低的直接原因，并与BST薄膜实验数据高度吻合。
2024-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Simulations of dielectric permittivity of water by Machine Learned Potentials with long-range Coulombic interactions
该研究提出一种统一机器学习方法，利用长程深度势和辅助神经网络，在不同电边界条件下计算水的介电常数、Kirkwood因子及相关长度，建立了可推广的介电性质模拟框架。
2025-08-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Explicit Solvent Theory of Salt-Induced Dielectric Decrement
我们介绍了一个场论电解质模型组成的结构溶剂分子和盐离子耦合的静电和硬核相互作用。在这个明确的溶剂理论，我们的特点是盐驱动的介电衰减超出弱耦合（WC）静电。WC近似的先前的形式主义是放松通过治疗盐电荷通过维里展开。这种维里方法使明确列入的多体盐-溶剂的相互作用，并直接导致实验观察到的线性衰减的电解质介电常数与添加稀盐。从我们的方法中出现的介电常数公式表明，溶剂介电常数的降低是由抑制溶剂的介电响应的极化电荷的盐屏蔽引起的。通过与实验的比较，我们还表明，盐修饰的介电常数公式可以同样地再现电解质介电常数随温度升高的衰减，介电衰减的热衰减，以及其与盐价的增强。我们的理论与这一广泛的实验趋势一致的定性协议指出，静电离子-溶剂相关性作为盐引起的介电衰减背后的主要机制。
2022-02-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dielectric response of a polar fluid trapped in a spherical nanocavity
我们提出了广泛的分子动力学模拟结果的结构，静态和动态响应的液滴1000软球携带扩展偶极子和局限于球形腔半径$R=2.5$，3，和4 nm嵌入在介电常数连续$ε' \geq 1$。腔体内电荷分布引起的外部介质的极化由适当的镜像电荷来解释。重点研究了外介电常数$ε'$对封闭流体静态和动态特性的影响。偶极的密度分布和局域取向序参量对$ε'$不敏感。根据广义Kirkwood公式计算了球形空腔内的介电常数分布$ε(r)$。这些分布与密度分布同相振荡，并在远离限制表面时达到“体积”值$ε_b$; $ε_b$仅微弱地依赖于$ε'$，除了$ε' = 1$（真空），并且与在可比热力学条件下的均匀（体积）流体的介电常数相比，$ε_b$大大降低。的样品的总偶极矩的动态松弛被发现是强烈依赖于$ε'$，并表现出振荡行为时，$ε'=1$的松弛是一个数量级的速度比在散装。复频率相关介电常数$ε(ω)$在低频下对$ε'$敏感，并且零频率极限$ε(ω=0)$系统地低于静态介电常数的“体积”值$ε_b$。
2006-01-10 cond-mat.soft
Exact polarization energy for clusters of contacting dielectrics
当电介质颗粒形成紧密接触时，感生的表面电荷出现发散。由于需要高的空间分辨率，因此用数值方法解决这个奇异性是非常昂贵的。我们表明，这种奇异性的强度是对数的粒子间的分离和介电常数。提出了一种正则化方案来隔离这种奇异性，并计算接触的电介质颗粒簇的精确内聚能。结果表明，当介电常数较高时，极化能稳定团簇的开放构型，这与导电粒子的行为一致;当介电常数较低时，极化能稳定团簇的紧凑构型。
2021-04-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Interpretation of dielectric spectroscopy measurements of ferroelectric nematic liquid crystals
本文通过等效电路模型分析铁电向列相液晶的介电谱测量，指出表观巨介电常数仍低估了NF相的真实介电常数，并强调无取向层时也需考虑表面层电容。
2024-09-04 cond-mat.soft
The impact of ionic contribution to dielectric permittivity in 11CB liquid crystal and its colloids with BaTiO3 nanoparticles
该报告显示了11 CB和BaTiO 3基纳米胶体的体样品中静态（介电常数）和低频（LF）域中介电常数实部的温度行为。该研究涵盖了各向同性液体（I），向列型（N），Smectoc A（SmA）和固体晶体（Cr）相。对于每个阶段，pretransitional波动，显着缓和的纳米粒子的主导地位。作者分别考虑了介电常数（Eps（T））在静态域和低频（LF）域中的演化，前者主要由永久偶极矩及其排列产生响应，而后者仅与离子相关的极化机制有关。这些都为I-N、N-SmA和SmA-Cr相变提供了新的实验证据，重点是相变前效应的强度和程度、临界指数和相变不连续性。SmA-N相变附近的相变前效应的强有力证据是值得注意的，特别是关于DeltaEps '（f，T）。研究补充了直流电导率-参数也与LF域。最后，对常用于讨论LC化合物及其纳米粒子介电谱的关系式Eps '（f，T）= Af^（-3/2）+Eps（其中f为频率，A为常数）在LF域的有效性进行了检验。
2022-07-26 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dielectric permittivity of aqueous solutions of electrolytes probed by THz time-domain and FTIR spectroscopy
尽管近二十年来在文献中发表了大量的论文，但液态水的基本模型仍然存在争议。我们已经测量了纯水和氯化物水溶液的介电常数在0.2至1.5太赫兹的范围内，我们已经发现，整体的介电行为可以令人满意地描述与两个单一的时间常数德拜函数的加权平均。这两种组分的重量已通过红外光谱分析获得，并与具有不同长程组织的两种水分子群体有关。由此产生的功能允许拟合的实验数据为纯水和溶液的氯化锂，氯化钾，氯化钠，氯化铯和预测的过量响应的高频率侧的松弛没有特设的校正项。这些发现表明，在常温常压下，液态水中存在两种流体。
2019-10-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electrostatic energy barriers from dielectric membranes upon approach of translocating DNA molecules
我们探测与DNA易位事件的接近阶段相关的静电成本。在Debye-Huckel水平的分析理论中，我们计算了刚性DNA分子与电介质膜相互作用的静电自由能。对于碳或硅基低介电常数中性膜，DNA分子经历10 kBT和100 kBT之间的排斥能垒。在具有高介电常数的工程膜的情况下，膜表面以相同大小的能量吸引DNA。排斥和吸引相互作用都是由图像电荷效应引起的，并且即使对于尺寸d~6 A的最薄的石墨烯基膜，它们的幅度也存在。对于弱电荷膜，静电自由能总是吸引在大的分离距离，但开关排斥接近膜表面。我们还研究了相互作用能对聚合物长度的依赖性。对于膜电荷密度的特定值，低介电常数膜排斥短聚合物，但吸引长聚合物。我们的研究结果可以用来控制强静电自由能的DNA膜相互作用之前易位事件的化学工程的相关系统参数。
2015-11-17 cond-mat.soft
Electrolytes confined between polarizable surfaces in slit pores with anisotropic permittivity tensor
Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）
研究狭缝孔中极化表面间受限电解质，用二维周期性格林函数等方法求解静电方程并用于蒙特卡罗模拟，发现介电各向异性重塑双层结构，强各向异性下横向相关性主导热力学，使不同边界结构轮廓趋同。
2026-07-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
Analysis of the Mean Field Free Energy Functional of Electrolyte Solution with Non-zero Boundary Conditions and the Generalized PB/PNP Equations with Inhomogeneous Dielectric Permittivity
在建模系统中，能量泛函、控制偏微分方程（PDE）和边界条件需要彼此一致。在电解质溶液的研究中，人们通常采用无限域系统的自由能形式（势边界条件为零）和导出的偏微分方程进行分析和计算。然而，在许多实际系统和/或数值计算中，目标域是有限的，人们仍然使用类似的能量形式，PDE（s），但具有不同的边界条件，这可能会导致不一致。在本工作中，（1）我们提出了一个具有物理或数值人工边界的有限区域内电解质溶液的平均场自由能泛函。在Neumann和Dirichlet边界条件下，除了传统的能量项（静电势能、理想气体熵项和化学势项）外，还增加了新的边界相互作用项。这些新的条款计数与边界的物理相互作用（对于真实边界）或环境对计算域系统的影响（对于非物理但数值设计的边界）。(2)证明了基于物理的传统Poisson-Boltzmann（PB）方程和Poisson-Nernst-Planck（PNP）方程与新的自由能形式是一致的，并且可以应用不同的边界条件。(3)特别地，对于介电常数依赖于离子浓度的非均匀电解质，在不同的边界条件下，我们导出了平衡态的广义Boltzmann分布（从而导出了广义PB方程）和非平衡态的广义PNP方程。数值试验表明，不同的能量形式及其衍生的偏微分方程（S）导致的不同后果。
2017-02-03 cond-mat.soft
Three-slab model for the dielectric permittivity of a lipid bilayer
University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出了一种三层模型，用于描述脂双层的介电极化率，通过分子动力学模拟获得参数，解决了微观理论中头部基团区域垂直方向介电极化率不明确的问题。
2026-07-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Some Peculiarities of Dielectric Spectroscopy in Ferroelectric Nematics
本文探讨绝缘取向层寄生效应对铁电向列相介电谱测量的影响，分析真实与测量介电常数的差异及恢复可能性，并给出非铁电向列相的示例。
2025-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Terahertz-permittivity of Carbon Nitrides: Revealing humidity-enhanced dielectric properties on the picosecond timescales relevant for charge carrier photogeneration
本研究利用太赫兹时域光谱直接测量氮化碳等有机半导体的介电性质，发现湿度显著增强K-PHI的介电常数和电导率，对理解电荷光生过程及开发光催化剂具有重要意义。
2024-11-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Weak-Flow Induced Dielectric Axes Rotation in Dipolar Suspensions
ElectroSoft Labs LLP
针对弱流下偶极悬浮液，通过求解扰动福克-普朗克方程，预测了非对角介电分量的出现，导致主介电轴旋转，为流控介电和电光功能提供新可能。
2026-10-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Effective permittivity of mixtures of anisotropic particles
我们使用一种新的方法来获得宏观均匀和各向同性的各向异性非均匀介质粒子的多组分混合物的介质混合规则。考虑了两个各向异性因素，即颗粒的形状和颗粒物质的介电参数的各向异性。我们的方法是基于宏观紧凑的粒子群的概念和程序的平均领域的体积远远大于这些群体的典型规模。它使我们能够有效地总结的贡献，从多个粒子间的再发射和短程关联效应，代表的电场强度和感应的无限迭代系列中的所有条款。有效介电常数的表达式可以给出Lorentz-Lorenz型的形式，这允许我们确定混合物中颗粒的有效极化率。这些极化率被发现作为粒子所占据的区域上的积分，并且是粒子物质的介电常数张量的主分量和宿主介质的介电常数的显式函数。详细地考虑了椭球形颗粒混合物的情况，以说明一般公式的使用。作为另一个例子，在相关的模型假设下推导出Bruggeman型公式。并对所得结果的有效性范围进行了讨论。
2009-03-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Accurate and Efficient Numerical Simulation of Dielectrically Anisotropic Particles
各种静电现象，包括双电层结构和带电胶体和蛋白质的聚集，都受到非均匀介电常数的影响。这些影响在分析和计算研究中经常被忽略，并且在存在多个介电对比的情况下特别难以处理，例如在介电常数不均匀的胶体中。我们提出了一个扩展的迭代介电求解器开发的巴罗斯和Luijten [物理。113，017801（2014）]，其使得可以精确地计算具有多个介电对比度的各向异性颗粒的偏振。这种有效的边界元方法为基础的方法是适用于几何形状，不服从其他求解器，打开的可能性，研究集体现象的介电各向异性粒子。我们提供了深入了解这种效率的基本物理原因。
2018-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dielectric response in proteins: The proteotronics approach
Università del Salento（萨伦托大学）；National Institute for Nuclear Physics, INFN, Sezione di Lecce（意大利国家核物理研究所，INFN，莱切分部）
研究蛋白质在水合状态下的介电特性，提出一种易用的计算相对介电常数方法，用于蛋白质电子学流程，并通过经典宏观方法验证结果的一致性。
2026-03-19 cond-mat.soft physics.app-ph
Dielectric response of thin water films: A thermodynamic perspective
极性液体的表面为带电溶质的溶剂化和组织提供了一个特殊的环境，这在重要方面不同于本体行为。这些差异激发了许多尝试来理解在空间变化的介电常数方面的水界面处的静电响应，通常得出的结论是，界面水的介电常数显著低于在本体液体中的介电常数。然而，这样的分析，是复杂的潜在的非局部性质的介电响应的界面异质性的短长度尺度。在这里，我们绕过这个问题，薄水膜采用热力学方法。使用分子模拟，我们计算了溶剂的贡献可逆工作的平行板电容器充电。我们发现一个简单的介电连续模型，假设体介电常数的所有方式的液体的边界，即使是非常薄的（$\sim 1$ nm）的薄膜很好的协议。这种比较需要仔细注意液体和蒸汽之间的电介质边界的位置，这也解决了与电介质成像实验的明显差异。
2022-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Self-consistent field model for strong electrostatic correlations and inhomogeneous dielectric media
电解质的静电相关性和可变介电常数对于探索水溶液中界面的许多化学和物理性质是必不可少的。我们提出了一个连续的静电模型的自洽场论的框架内处理这些影响。该模型结合了空间或场依赖的介电常数和排除离子尺寸效应的相关能量。这导致自能修正的Poisson-Nernst-Planck或Poisson-Boltzmann方程以及自能和介电函数的状态方程。我们表明，离子的大小是一个有限的非均匀介质中的离子的自能量预测的重要性。本文提出了一个广义Debye-Huckel方程的渐近近似解，该方程已被证明能捕获离子相关和介电自能。通过模拟大离子周围的离子分布，表明改进的自洽场模型与基于粒子的蒙特卡罗模拟相一致。对对称和非对称电解质的数值计算结果表明，该模型能够预测多价界面离子存在下的高相关区的电荷反转，这超出了平均场论，并且由于介电常数的空间或场依赖性，对双层结构也有很强的影响.
2014-12-10 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
