多铁性材料一般在适当温度下显示出两种或两种以上的铁性(铁电性、铁磁性、铁弹性、铁涡性等,其温区可以不重合),使材料拥有自发的电有序、磁有序等性质。这些序参量通过晶体结构耦合在一起,通过多场调控磁各向异性和自旋输运性质,为发展新型自旋电子器件提供了一种可行的技术途径。
多铁性自旋电子学根据研究材料体系的不同,主要分为两个分支。一个分支关注单相多铁性材料本身序参量的调控,通过施加电场、磁场或应力场等调控多铁性材料的电有序或磁有序性质,可以用来发展铁磁铁电复合型磁随机存储器和磁场传感器。另外一个分支则关注两相多铁性材料中对序参量的调控,例如通过操控铁电材料的电极化状态来调制界面处或铁磁材料体内的磁化强度,反之通过操控铁磁材料的磁化状态来调制界面处或铁电材料体内的电极化强度等。铁磁和铁电相之间的磁电耦合开辟了通过磁场调控电学性质或通过电场调控磁学性质的一种有效途径,这种耦合可导致大的隧穿电致磁电阻效应,也为具有非破坏性磁读取的铁电存储器或具有电写入的磁随机存储器提供了一种设计方案。通常室温多铁性材料是稀缺的,而且它们几乎都是反铁磁体或弱铁磁体。通过将具有较大磁致伸缩系数的铁磁材料和铁电或压电材料组合起来设计人工多铁性材料,是发展室温下多铁性自旋电子学材料的一种有效方法。