多铁性材料,是指具有两种或两种以上初级铁性体特征的单相化合物,此概念于20世纪90年代中期被瑞士科学家提出。多铁性材料具有铁的基本特性,例如铁电性、反铁电性、铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、铁弹性等,可将这些基本特性耦合协同作用,是一种集电、磁特性于一体的多功能材料。
具有单一初级铁性体特征的材料种类少且电磁效应弱,无法实际应用,复合制成的多铁性材料电磁效应更强,可通过电场或磁场控制磁极化或电极化,可应用在传感器、换能器、信息存储器等领域。多铁性材料同时具有铁电性与铁磁性,其研发及制造难度高,现阶段已研发问世的多铁性材料中,无机化合物数量占比大。
2015年,中国科学院物理研究所研究人员在立方晶格多铁性的研究方面取得了突破性进展,首次发现一种立方晶格钙钛矿多铁性材料。2017年,中国科学院物理研究所研究人员在一种Y-型六角铁氧体Ba0.4Sr1.6Mg2Fe12O22中实现了巨大的磁电耦合效应,获得了当时单相材料中最大的正逆磁电耦合系数。
在信息化时代背景下,非易失、读写速度快、容量大、能耗低的信息存储器需求越来越迫切,传统材料已无法满足要求,多铁性材料有望实现这一功能。2018年,中国科学院物理研究所研究人员首先提出了一种基于非线性磁电耦合效应的新型非易失存储器——忆耦器,基于单相多铁性材料的磁电耦合效应实现了室温非易失存储器,具有电写磁读、高速度、低功耗、并行读取、结构简单、易于制备等优点。
新思界
行业分析人士表示,我国“十四五”国家重点研发计划“高端功能与智能材料”重点专项中提出,面向信息存储领域对多铁性材料的巨大需求,研究基于材料基因工程的多铁性材料的性能调控关键技术。在国家政策的推动下,未来我国多铁性材料研究成果将继续增多,随着技术逐步成熟,研究成果商业化转化速度将加快,在不久的将来,多铁性材料有望实现产业化发展。