第一章綜述

1.pan style="font-family:宋體">多鐵材料概述

1.1.pan style="font-family:宋體">多鐵材料的定義

多鐵（mutiferroic）材料是指在同一個相中同時具有兩種及兩種以上鐵的基本性能的一類材料，是一種新型能材料。“多鐵”概念是在1994年由瑞士的Schmid提出的。一般來說，材料只要存在鐵電序、自旋序、鐵性拓撲序、協(xié)同應變中的兩種或者兩種以上都可稱之為多鐵材料。多鐵材料的多種效應可以相互調(diào)控，且該類材料的各物理效應之間不可避免地存在耦合協(xié)同作用，從而使材料表現(xiàn)能性，其中一個引人注目的現(xiàn)象就是磁電耦合，即通過磁場可改變電極化的方向，電場同樣可以調(diào)制磁化狀態(tài)。圖1-pan>為多鐵材料多種鐵性之間相互調(diào)控的示意圖。可以看出，壓電耦合效應（壓電/反壓電）就是由鐵電性和鐵彈性兩種鐵性之間相互發(fā)生耦合而產(chǎn)生的；壓磁耦合效應（壓磁/磁致伸縮）就是由鐵彈性和鐵磁性兩種鐵性之間相互發(fā)生耦合而產(chǎn)生的；磁電耦合效應就是由鐵磁性和鐵電性兩種鐵性之間相互發(fā)生耦合而產(chǎn)生的�；�于磁電耦合效應的存在，多鐵材料在有磁場作用的情況下，通過改變自身的自旋有序或磁化強度，從而實現(xiàn)對體系電的調(diào)控：同樣地，在有電場作用的條件下，通過控制體系的電可以影響其磁化強度。利用這種效應可以制作高密度存儲器、多態(tài)記憶元件、電場控制的壓電傳感器和電場控制的壓磁傳感器等器件擴展了多鐵材料的應用空間，為新型電子器件的發(fā)展提供了理論基礎，為電子信息器件的微型化提供了材料保證，使多鐵材料在自旋電子學、信息存儲、傳感器等領域具有廣闊的應用前景。

1.1.2多鐵材料的性質(zhì)

pan style="font-family:宋體">鐵電性

鐵電性（ferroelectricity）是某些介電晶體材料所展示出的性質(zhì)。自發(fā)極化是鐵電性材料自身所展示的特性，而且存在的外電場同樣也可以引起該類材料的發(fā)生改變。由于不同構型的原子存在于鐵電性材料的各個晶胞中，這將會引起該類材料的正負電荷重心出現(xiàn)不重合現(xiàn)象，或者在某一方向上發(fā)生相對的偏移現(xiàn)象，由此可以形成電偶極矩，因而晶體在這一方向上展示出“極性”，即形成一端為“正”、一端為“負”的狀態(tài)，這時整個晶體保持高度極化。鐵電性材料所展示出的目友極化性質(zhì)，現(xiàn)明在該類材料的兩端將各自存在一層束縛電荷。鐵電性材科的變能與具目友極化的應變密切相關，在受到外力作用時晶體內(nèi)部的均勻極化狀態(tài)遭到破壞，這時晶體將由多個小區(qū)域組成，而且各小區(qū)域內(nèi)部存在排列有序、萬回一致的電偶極子，然而各小區(qū)域之間的電偶極子方向不一定相同，于是稱晶體內(nèi)部的這些小區(qū)域為電疇或疇。當沒有外電場作用時，鐵電性材料內(nèi)部的電疇具有各不相同的取向，因此其凈為零；當有外電場作用時，將有利于與電場方向一致的電疇長大，然而在其他方向的電疇生長將受到，所以外電場的強度對鐵電性材料的影響較大。鐵電性材料具有自發(fā)極化特性，而且在外電場的作用下會改變自發(fā)極化狀態(tài)，使得鐵電性材料在信號處理、存儲以及用于計測的產(chǎn)品等領域得到廣泛應用。

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