摘要: 此前，科学家们认为，电性和磁性难以和平共处于一种材料中，它们会相互对抗。近日，美国和德国科学家发现，磁性和电性可相安无事地耦合于一种特殊的金属——多铁性材料中。这种多铁性材料可广泛应用于下一代运行速度更快、能效更高的逻辑设备、存储器和传感设备。
多铁性材料指的是一种拥有南北极的磁性材料，施加电场可改变其南北极。此前，科学家们寄希望于让多铁性材料的原子排列或晶格变形产生电极化来产生这种耦合。现在，美国能源部下属的布鲁克海文国家实验室和德国莱布尼兹固体材料研究所的科学家组成的研究团队发现，电性和磁性还能以一种新方式耦合在特殊金属氧化物中。
该团队使用了布鲁克海文国家实验室的同步辐射光源(NSLS)发出的超亮X 射线激光束来检查由钇、镁和氧组成的特殊金属氧化物的电子结构，并观察到主要由环绕在原子周围外部的电子云所产生的电性和磁性耦合。在这种材料形成化学键并让原子紧紧结合在一起的过程中，镁和氧电子的原子轨道相互混淆了。测量结果表明，该过程中材料的磁结构发生了改变，导致其产生电极化而变得具有铁电性。换句话说，该材料磁结构的任何变化都会导致其电极化方向发生变化，这就使该材料成为多铁性材料。该研究的参与者之一、布鲁克海文国家实验室的物理学家斯图尔特·威尔金斯说：“以往，科学家只能从理论上预测这种机制，现在我们首次真正观察到这种机制。”
科学家们在研究中设计并使用了一种新装置，可为多铁性材料和高温超导体等错综复杂材料有关的关键问题找到答案。该装置即将被转移到目前在建的第二代同步辐射光源(NSLS-II)上。NSLS-II 产生的X 射线的亮度是NSLS 的1 万倍，使科学家能更清晰地研究多铁性材料的属性。
威尔金斯表示，从理论上来讲，通过将一个有序的磁材料同一个有序的电材料耦合在一起，科学家可以研制出非常有用的设备，例如，我们可以研制出一种更快、能效更高的存储设备，通过施加电场朝其写入信息，通过探测其磁性状态来阅读信息。
摘自中科院高能所《科研动态快报》2011-8