1894 年，Pierre Curie(皮埃尔居里)运用对称性分析的方法，提出了在一些晶体中可能存 在着本征磁电耦合效应的观点。1961 年，美国科学家报道了，低温时可在 Cr2O3 晶体中观测 到本征磁电效应。于此，磁电效应的研究出现了一个小小的高潮。但限于当时缺乏实际应用、 低温条件的限制等因素，关于磁电材料的研究在之后陷入低谷。直到进入 21 世纪，科学技术 取得巨大的进步，此时薄膜的制备技术及材料的探测表征手段有了很大发展（磁电领域：可 同时观测到电畴和磁畴），研究者们重新认识到基于磁电效应的多铁性材料的潜在应用价值， 使得它很快成为前沿热点研究之一。76021

1  单相磁电材料

2000 年，美国科学家 Hill 从理论上讨论了氧化物中铁电和铁磁共存所需要的条件，“必 须既能满足铁电性晶体结构对称性，又能满足磁性电子壳层结构的额外驱动力”[4]。随后， 科学家们进行了大量努力，发现了许多单相磁电材料体系。包括钙钛矿类化合物、稀土锰氧 化物、方硼石等等，其中 BFO（铁酸铋 BiFeO3）和稀土锰氧化物被广泛研究。在这些磁电化 合物中，铁电性和铁磁性共存的机制可能有顺离子掺杂、结构各向异性、非对称孤对电子、 几何和静电力驱动的铁电性、微观磁电相互作用、失挫磁体体系。论文网

尽管单相磁电化合物具有本征磁电效应，但多数材料的居里温度（Tc）或奈尔温度（Tn） 很低，很难在室温下实现强磁电耦合效应。BFO 作为目前单向磁电材料中唯一具有高于室温 的居里温度和奈尔温度的材料，由于受限于其 G-型反铁磁或弱铁磁性，磁电耦合效应较弱，使它难以实际应用。但是，单相磁电材料的本征磁电效应及具有丰富的物理内涵，并且在自 旋电子学和多态储存领域广阔的应用前景，使得它仍然备受关注。寻找在室温具有强磁电耦 合效应的单相磁电材料体系，并探索其物理机制已成为磁电领域研究的新方向。

2 复相磁电材料

与单相磁电材料相比，复相磁电材料又具有不同的磁电效应原理。单相磁电材料在室温 下本征磁电耦合很弱，但是通过将分别具有铁磁性和铁电性的材料复合却可以在室温下实现 强磁电效应。复相磁电材料的磁电效应是基于铁磁相的磁致伸缩效应与铁电相的压电效应之 间的相互耦合所产生的“乘积”效应，可分为正磁电效应和逆磁电效应[5]。所谓的正磁电效 应即通过对磁电复合材料施加磁场，磁性相由于磁致伸缩效应产生应变，应变引发应力传递 给压电相，压电相在力的作用下发生电极化产生电压，即磁-弹-电的耦合模型[6]。 反之，为 逆磁电效应。

复相磁电材料与单相磁电材料相较，它的室温磁电效应很高，受到了研究者的青睐，其 发展速度也远快于单相磁电材料。先后发展了陶瓷基磁电复合材料、高分子基磁电复合材料、 层状复合材料到近几年来的薄膜复合材料。其性能俞来俞高，体积俞来俞小，紧随着器件微 型化、集成化、低功耗的需求。

“陶瓷基复合磁电材料是采用高温共烧的方法将铁电氧化物与磁性氧化物结合在一起构 成复相”。运用不同的连通结构可得到不同类型的复合陶瓷，连通结构是指不同复合相各自以 几维方式连接，比如 0-3 型颗粒复合材料，就是在三维自连的基体中掺杂颗粒材料构成。

采用高温共烧制备复合磁电材料虽然制备方法简单，但是其磁电系数往往低于理论值。 由于高温共烧容易造成两相失配、原子互扩散与反应，影响了铁磁相与铁电相之间的磁电转 换。降低烧结温度可以有效缓解这一问题，但低温时烧结又导致了烧结不完全、致密度低， 于是一种新的烧结技术——放电等离子烧结 SPS 被开发出来。其烧结温度低、时间短、烧结 过程中可施加压力，可有效克服高温共烧的各种缺点，使得磁电材料的性能有一定程度提高。