多铁性是1994年H.施密德[注]提出的一个材料科学概念。通常情况下,多铁性主要用来描述材料同时具有铁电性、铁磁性和磁电耦合效应。在多铁性材料中可以通过磁场来控制电极化强度,或者通过电场控制磁化强度。
铁性(ferroic)是Kêitsiro Aizu在1970年引入的一个结晶学概念,描述具有虚拟孪晶(多畴)结构的晶体材料在外加场(电场、磁场或应力场)的作用下,部分孪晶(畴区)转变到其他等效状态,从而使材料的宏观物理性质(电极化强度、磁化强度或应变)发生变化的现象。不同状态下的吉布斯自由能之差可以用如下多项式表示:
式中和
分别为电极化强度、磁化强度和应变;
和
分别为外加电场、磁场和单轴应力。前三项分别对应于铁电性、铁磁性和铁弹性,属于初级铁性(primary ferroics),而其余项则属于二次铁性(secondary ferroics)。其中能够响应不同外场的二次铁性也称为多铁性。
多铁性材料的研究是材料科学及凝聚态物理中的一个新领域。多铁性耦合的物理内涵涉及电荷、自旋、轨道和晶格等凝聚态物理多个范畴。多铁性材料在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储与处理等领域具有巨大的商业应用前景。