多铁材料-有望成为下一代信息储存材料！
我们现在讲的多铁材料主要指的是铁磁和铁电材料，在同一材料里具有铁磁和铁电这样的材料在现在还很少，尤其在室温下现在还没有，到目前所发现的材料的Tn或Tc在100K左右，所以这方面的研究是国际上的热点。在这我给大家简单介绍一下这方面的知识！[font=宋体][size=3][color=#666666]磁性材料与电子材料的发展渗透于现代技术的各个领域中。例如：消费者在使用电子产品过程中所产生的大量数据通常采用铁磁体——具有自发磁化的材料，磁化方向可以通过外部磁场控制——的磁化反转来存储。传感器工业强烈地依赖一类被称为铁电体的材料，这种材料具有自发电极化，同时电极化方向可以通过调整外加电场来改变。许多铁电体通常也是铁弹体——即：形状改变的同时伴随着电极化的改变。因此，在声纳探测器中，他们被用来将声波转化成电信号，同时将电脉冲信号转变成驱动器的运动。这类材料在同一相中结合了两种或更多种“铁性”性质，因此被称作多铁性材料。[/color][/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 器件小型化的发展趋势导致人们对集电性与磁性于一身的多功能材料研究兴趣的提高，这样，一个单独器件可以执行多于1种的任务。铁磁铁电多铁性材料受到越来越多的关注不仅是因为他们具有两种母相成分的特性，更重要的是由于电性与磁性相互作用而产生的附加功能。例如磁电效应（电场引起的磁极化，或磁场引起的电极化）能够产生全新的器件范例——电场控制的磁数据存储。人们尝试将铁磁性和铁电性复合在同一相里，但是这却非常难。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 因此，从基本概念层面上看，多铁性材料是指至少同时存在电荷序和自旋序的体系，并且其中电荷序和自旋序之间存在交互作用。除此之外，有可能出现第三种序产量参与其中的情况，例如铁弹序。目前可以归于这类多铁性体系的主要材料类别有：[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] (1) 铁电磁体(单相多铁性材料)：同时具有铁电序-铁磁(反铁磁)序，并且存在交互作用的单相材料，其中复杂钙钛矿氧化物占据主要地位。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] (2) 铁电-铁磁复合体系：人工将压电材料和压磁材料按照某种空间构型复合在一起，形成人工结构，通过两者之间力学本构关系的耦合形成磁电耦合效应的体系。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] (3) 庞磁电阻氧化物体系：在大量稀土钙钛矿锰氧化物、钴氧化物、钼氧化物等具有潜在庞磁电阻效应的系统中，由于电荷序、自旋序及轨道序之间耦合导致丰富多彩的物理效应。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 从最基本的物理效应考虑，由于电荷序与自旋序共存及其交互作用，多铁性体系最重要的一个物理效应就是铁电电极化对外部磁场的响应和自旋磁矩对外加电场的响应。由此而引发的一系列研究工作正在显著开拓多铁性体系应用的领域。例如，外部电场对自旋序的调控和外磁场对电极化的调控使得我们在基于电荷序和自旋序设计的器件之外有了一个新的自由度来设计新器件。其次，磁电耦合使得多于双态存储记录成为可能，例如利用电极化来实现写入而利用磁场来读出。除此之外，多铁性材料还给了我们深入研究电子强关联问题的一大类实验对象，注意到，电子强关联系统与高温超导和庞磁电阻等重大物理问题是紧密相连的。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 对多铁性材料的研究早期不是作为一个整体领域开始的，研究工作显得分散而零落。(1)对单相铁电磁体化合物的研究由俄罗斯科学家1950年代末开始，经历了1960年代的研究热潮，其后又经历了差不多20年的低潮，直到最近几年又开始出现高潮。(2) 铁电-铁磁人工复合材料最初是1970年代Shuitesin首先提出，其后很多材料力学家参与到这一领域中来，包括1990年代初我国的南策文等人。(3) 庞磁电阻氧化物的研究近期开始于1990年代中，主要以磁学和凝聚态物理学家为主，虽然早期人们感兴趣的是磁电阻效应，但是庞磁电阻氧化物作为强关联电子体系在低温区所展示的丰富多彩的电荷序、自旋序、轨道序和声子的耦合，使其正在成为多铁性材料的重要一类。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 最近五年，由于集成铁电应用和自旋电子学的飞速发展，多铁性现象再度引起人们的广泛关注。几年来的研究进展使得人们将上述三类具有多重有序并且存在交互作用的体系都纳入到多铁性材料体系里面。在我国，对多铁性材料的研究也在蓬勃发展，与国外的发展水平差距不大。主要的研究单位包括清华大学、中科院物理所、南京大学、中国科技大学等，正在启动研究的大学和科研机构还包括浙江大学、苏州大学、中科院上海硅酸盐所、交通大学等数十家研究单位。国家973计划、国家自然科学基金重点项目研究计划等都已开始把多铁性材料及现象纳入资助计划中。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 随着薄膜生长技术与磁畴、电畴观测方法的发展，最近在磁电多铁性材料中磁、电有序共存理解方面已有理论工作。理论研究表明通常在原子水平上驱动铁磁性与铁电性的微观机制是相互排斥的，因为他们分别需要过渡族金属电子轨道的空缺和部分填充。这种共识促使人们研究那些可以与磁有序共存的替代性的铁电机制，由此导致以前不为人知的多铁性材料的发现。在钙钛矿和六方结构的亚锰酸盐中，人们已经观察到由磁场诱发的铁电相转变和电场诱发的铁磁性转变而引起的巨磁电效应。磁电记忆效应和磁场对铁电畴的控制效应（以及相反过程）已经得到了验证。但是，在短期内，这些单相多铁性材料的应用前景并不乐观，因为尚没有一种材料能够在室温下表现出很大的电极化或磁极化。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 将电、磁有序统一在单相材料中的困难已经通过形成多铁性复合材料【由一个铁电要素（如PZT）和一个铁磁要素（例如Terfenol-D）组成】的方式得到了缓解。在这种复合材料中，磁电效应产生于铁磁、铁电要素之间的弹性耦合作用。电场诱发铁电相的应变，这种应变传递到铁磁体上，从而导致磁极化。如果发生耦合的界面很大（例如多层膜），那么磁电效应就会很大，因此提高复合材料的表面积和铁弹性可以有效的提高磁电性能。这种复合材料为磁电效应的剪裁（通过对组分的选取、比例、微观结构的调整来实现）开辟了新的途径；事实上，室温磁电耦合系数已经被测量得到，并且是单相化合物在低温情况下磁电系数的3～5个数量级以上。磁电多铁性复合材料正处于技术应用的关键时期，例如：它可用做磁场与电场的转换器。他们还可以用于制作衰减器、过滤器、场探针，以及电场控制磁化的数据记录装置，反之易然。[/size][/font]
[font=宋体][size=11pt] 总而言之，多铁性材料的研究是目前材料科学及凝聚态物理中的一个宽广的新领域，蕴含着丰富的材料科学与物理研究课题、以及可预期的广阔应用前景。在这一领域，我国的研究工作在一些方向上与国际水平是同步的，具有我们自己的研究特色。通过此次会议，加强我国该领域学者之间的密切交流与合作，集成创新，使我国在该领域的基础研究、新材料研发、技术应用方面取得新的突破。[/size][/font]
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