1、磁电效应

磁电效应，包括电流磁效应和狭义的磁电效应。电流磁效应是指磁场对通有电流的物体引起的电效应，比如磁阻效应和霍耳效应。本研究关心的是狭义的磁电效应,是指对于自旋轨道有序的物质，外加电场可以使之感应磁化，或外加磁场可以使之感应电极化。这种由电场作用产生的磁化效应或由磁场作用产生的电极化效应也叫做电致磁电效应或磁致磁电效应 ^[1]。最早在1894年，法国物理学家P.Curie预测一个不对称的分子体在外磁场中有可能直接被极化^[2]，而术语”磁电”由P.Debye在1926年提出^[3]。随后L.D.Landau和E.Lifshitz在他们所著的一本理论物理书中，对电极化和磁化之间的线性耦合做出了更严格的预测并且公式化^[4]。1959年,I.Dzyaloshinskii使用对称理论，完美地导出了在Cr₂O₃中线性磁电耦合的形式^[5]。仅仅在几个月后，1960年，Astrov最早从实验中证实了Cr₂O₃的正磁电效应^[6]，而Rado和Folen等人不久之后发现了Cr₂O₃的逆磁电效应^[7]。

2、单相和复合磁电材料的研究历史以及现状

磁电效应被发现后，在20世纪的六七十年代，前苏联的科学家们发现了铁电磁材料。在钙钛矿结构的化合物中，他们发现可能同时存在自发的自旋磁化和铁电极化，并且铁磁性和铁电性同时出现且不互相抵触^[8]。在1984年，Smolenskii概括了当时已经发现的五十多种铁电磁材料^[9]。与此同时，人们还发现了几十种有此特性的固溶体。尽管人们很早就发现了单相磁电材料，但是由于其存在两方面致命的缺陷，一直没有得到实际应用。一方面是因为单相磁电材料的居里温度或者尼尔温度一般都远低于室温，当温度升高到室温时，磁电系数就降为0。另一方面，单相磁电材料的磁电响应很小，不能达到应用的要求。为了改变这一状况，材料科学的工作者们期望通过设计与制备磁电复合材料，使磁电效应得到应用。

复合磁电材料的研究阶段经历了混合烧结复合材料、层状磁电复合材料、异形磁电复合以及薄膜、纳米磁电复合材料等阶段。1972年，荷兰科学家Van Suchtelen最早利用乘积效应来得到磁电效应，将压磁相与和铁电相的粉末混相共熔，使用原位复合法制备了第一例磁电复合材料（CoFe₂O₄ /BaTiO₃），为磁电复合材料的制备开辟了道路^[10]。但是由于制备过程中温度过高，两种粉末之间会发生相反应，因此会产生杂质相，从而影响磁电复合材料的性能。之后通过材料科学工作者的不懈努力，改进原位复合法，可以避免相反应，无杂质相生成。1978年，Boomgaard等人结合了原位复合法的缺陷，提出固相烧结法制备磁电复合材料，这一方法尽管磁电转换系数比原位复合法低，但是温度可控、工艺简单、成本低，很大的推动了铁电磁复合材料的发展。

从九十年代至今，材料科学工作者们对磁电复合材料的理论进行了大量的研究，也制备出了新的结构，比如多层结构和膜结构。近年来，层状磁电复合材料的研究成为了国际上的研究热点。2001年，Ryu等人制备了第一例层状磁电层合材料Terfenol-D/PLZT/Terfenol-D,其中PLZT为压电陶瓷^[12],他们开启了磁电层合材料的研究。随后，国内外对此都进行了大量的研究，取得了不俗的进展。随后，人们针对磁电复合材料的结构展开了研究，设计了诸如圆盘、圆柱等结构的异形磁电复合材料，这也是本研究的方向。

与此同时，技术和理论的发展，为单相磁电材料也有了新的进展。最新报道的BiFeO₃薄膜材料，克服了单相磁电材料的缺陷，居里温度在室温以上并且铁电性和铁磁性良好，这引起了科学家们的广泛关注^[11]。

当前对磁电材料的研究主要在两个方面：一是对磁电材料理论的研究，旨在运用理论模型阐释磁电效应；一是对制备方法的改进，使实际应用更为广泛深入。目前国内外对磁电复合材料的研究旨在获得更大的磁电转化系数，并借此优化器件的设计与应用。另外，材料科学工作者们对磁电效应测试方法的研究也越来越重视。

3、复合磁电材料研究的主要问题

当前复合磁电材料研究的问题主要集中在几个方面：