电介质与铁电体

多铁性材料

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有些材料是铁电的——它们带着一份可切换的内置电极化。另一些材料是铁磁的——它们带着一份可切换的内置磁性,就像冰箱贴。多铁性材料就是那种少见的、能同时做到两者的材料,在同一块晶体里,既握着一份内置的电偏向,又握着一份内置的磁偏向。

多铁性材料真正令人兴奋的,不只是这两种性质能共存,更在于它们彼此能对话。在最受珍视的那些里,加一个电场能撬动磁性,加一个磁场能撬动电极化——这种交叉耦合叫做磁电效应。这种联系之所以产生,是因为那些设定极化的偏心原子或倾斜的化学键,同时也在引导相邻磁性原子如何排列。

这之所以重要,是因为它悬着一个诱人的奖赏:可以用电来写入——既便宜又省电——却用磁来读出的存储与逻辑器件,把两个世界各自的长处糅到一起。要诚实地补一句:好的多铁性材料很稀缺:有利于铁电性的那些原子条件,往往与磁性相悖,所以大多数已知的多铁性材料只能在很低的温度下工作,或者耦合很弱。这是一片活跃的研究前沿,还远不是日常的技术。

铁酸铋是如今被研究得最多的多铁性主力材料:它在室温下既是铁电的,又有磁有序,而且研究者已经证明,用电压把它的电极化翻过来,能让它的磁性图案跟着转向——这正是“用电操控磁性”、整个领域都在追逐的那个把戏。

在铁酸铋中,一个翻转电极化的电压,还能让它的磁性跟着转向。

电序与磁序共存只是最起码的定义;真正有用的那个奖赏,是两者之间强的磁电耦合,而这在室温下依旧很难做到。

又称
multiferroic material多铁性材料