1820年，丹麦科学家奥斯特惊奇地发现电流作用于磁针，磁针发生方向改变。从那时起，电与磁这对大自然的双生子的神秘面纱被逐渐揭开。到了1894年，法国科学家皮埃尔·居里预言晶体中存在内在磁电耦合的可能性，但这个冥冥中的灵感火花却沉寂了半个多世纪。1959年，前苏联科学家从理论上预言了第一个磁电耦合材料Cr₂O₃，并在次年得到实验证实。通过施加一百万伏每厘米的电场，可以使Cr₂O₃中每一百万个自旋翻转五个。显然这样的磁电耦合效率太低，很难有什么应用价值。人们开始寻找其它具有磁电耦合性质的材料。与此同时科研工作者们提出了多铁性材料的定义，多铁性的定义比传统的磁电耦合所涵盖的物理更广，是同时具有铁磁性,铁电性,铁弹性中两种或两种以上铁性的材料。多铁性材料不但具备各种单一的铁性，而且通过铁性的耦合复合协同作用，还同时具有一些新的效应，大大拓宽了铁性材料的应用范围。然而人们在寻找多铁性材料之路上徘徊了很长一段时间。 

　　2003年是多铁性研究峰回路转的一年。马里兰大学Ramesh研究组率先吹响了多铁复兴的号角。Ramesh的学生王峻岭合成了在室温下具有强磁性和强铁电极化的BiFeO₃薄膜。天性互斥的磁和电终于被摁在同一个固体中。BiFeO₃作为室温下同时具有铁电性和铁磁性的单相无铅多铁材料而备受瞩目。一时间BiFeO₃红遍全球，引无数研究者竟折腰。当人们兴冲冲地准备将单相多铁材料应用于器件时，问题又出来了，迄今为止发现的单相多铁材料要么磁电耦合很弱，要么铁磁居里温度很低，离实现商业化还有很远的距离。为了克服这些缺点，复合多铁材料成了研究者们的救星。复合多铁材料是由铁电材料和磁致伸缩材料混合构成，以两相间的应力/应变传递而实现铁电铁磁耦合。可以通过将铁电极化系数高的铁电体和磁致伸缩系数大的铁磁体复合来提高磁电耦合系数。由此，复合多铁材料成为一个更加现实的选择。众所周知，复合薄膜因界面形态可以分为平面异质界面、平面直立界面、管状异质界面等。随后研究各种形态复合多铁薄膜的工作纷至沓来，Moshnyaga等科研工作者们创新性地将三维异质外延体系引入到多铁复合薄膜中，发现垂直柱状结构的复合薄膜（具有管状异质界面）理论上具有很高的磁电耦合系数。并且三维异质外延体系从根本上克服了传统二维异质外延的某些先天不足，三维异质外延体系可以对大厚度薄膜的应力状态进行大范围调控，界面面积可远大于衬底水平面积，界面更易于表征和应用。这一发现无疑是给多铁材料的研究工作带来了福音。具有高极化强度的BiFeO₃和大磁致伸缩系数的CoFe₂O₄自然而然进入研究者的视野，但直到自组装BaTiO₃- CoFe₂O₄柱状磁电复合薄膜的工作发表后， BiFeO₃-CoFe₂O₄柱状复合薄膜横空出世，三维异质外延的的优点在磁电复合薄膜中得到完美体现，同样磁电耦合特性在这一结构中得到充分发挥，对在新型器件中的应用具有重大意义。 

　　总之，目前多铁性材料研究呈现百花齐放、实验理论齐头并进的态势，多铁材料将引领材料潮流，势必在信息存储、传感、驱动等应用领域占主导地位。 

（半导体所材料重点实验室 赵亚娟供稿）