从材料组成的角度,多铁性材料可以分为单相化合物和复合材料两类。多铁电介质材料是单相多铁化合物中的一类,部分电介质材料可以呈现出多铁性。
研究最广泛的铁电电介质材料是ABO3钙钛矿结构的氧化物。在具有这种结构的铁电材料中,铁电性多数来源于位于氧八面体中心的B位离子,在居里温度以下偏离了氧八面体中心,降低了晶体结构的对称性,使正负电荷中心分离形成电偶极矩。即呈现出铁电性。ABO3钙钛矿结构的铁电体通常需要B位离子的轨道上没有电子占据而呈
态。但是,如果
轨道上没有电子,则无法形成局域磁矩,也就无法产生任何种类的磁有序结构(包括铁磁、亚铁磁和反铁磁)。在绝大多数情况下,一旦B位离子
轨道被电子部分占据,其偏离对称中心的倾向就被排除了。可见,在原子尺度上常规的铁电性和磁有序产生的机制是相互排斥的,大部分磁性钙钛矿是中心对称的立方或正交结构,而钙钛矿结构的铁电体必须是非中心对称的。因此,要使铁电性和磁性同时共存于一种单相材料中,必须有一个既能满足铁电性的晶体结构对称性条件,又能满足磁性的电子壳层结构条件的额外驱动力。
多铁电介质材料的合成、耦合机理探究以及关联电子新效应是材料研究的热点,多铁性耦合的物理内涵涉及电荷、自旋、轨道、晶格等材料物理范畴,已成为国际上一个新的前沿研究领域。其作为一种新型多功能材料,不但能用于单一铁性材料的应用领域,还在新型磁-电传感器件、自旋电子器件、新型信息存储器件等领域具有应用前景。多铁电介质材料将传统上缺乏内禀联系的铁电与磁性两大类材料与电子、信息和能源产业密切联系的学科领域有机结合起来,并赋予其新的学科内容。