第1章　緒論

1.1　引言

人類社會(huì)發(fā)展在很大程度上依賴于材料科學(xué)的發(fā)展。從某種意義上說，人類文明史就是一部材料科學(xué)的發(fā)展史。歷史上，人們用石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代等來劃分人類文明發(fā)展的不同階段。近一個(gè)世紀(jì)以來，人類經(jīng)歷了從鋼鐵時(shí)代向以硅芯片為代表的電子信息時(shí)代的過渡，而今又進(jìn)入了新材料時(shí)代。不論是傳統(tǒng)工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域還是現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域都需要新材料的不斷問世與發(fā)展，可以說其發(fā)展需要以材料科學(xué)的發(fā)展為先導(dǎo)。物質(zhì)世界中，材料種類繁多，性質(zhì)各異。材料的多樣性導(dǎo)致其分類方法亦沒有絕對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。比如，可以按照材料的結(jié)晶狀態(tài)、尺寸、化學(xué)組成、功能用途、物理性質(zhì)、物理效應(yīng)等進(jìn)行分類。常按照材料的功能用途將其分為結(jié)構(gòu)材料與功能材料。結(jié)構(gòu)材料是指以力學(xué)性能為基礎(chǔ)，用于制造受力構(gòu)件的材料；功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類高技術(shù)領(lǐng)域的材料。

強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料當(dāng)屬功能材料領(lǐng)域中的一顆耀眼的明星，近年來已成為材料科學(xué)與工程和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，人們對(duì)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系的關(guān)注焦點(diǎn)側(cè)重在巨磁（電）阻效應(yīng)[1-5]和多鐵性[6-17]等方面。巨磁阻材料是指電阻在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生巨大變化的材料，磁阻效應(yīng)可高達(dá)106%[1-3]。巨磁阻材料一經(jīng)問世便被迅速應(yīng)用于磁頭，極大地提高了磁記錄存儲(chǔ)器件的容量，使器件小型輕便化，創(chuàng)造了空前巨大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，磁阻材料研究的側(cè)重點(diǎn)在于增強(qiáng)室溫低（磁）場(chǎng)下的磁電阻效應(yīng)。多鐵性材料是指同時(shí)具有磁有序和電有序的材料，應(yīng)用于信息存儲(chǔ)器件中將同時(shí)體現(xiàn)磁存儲(chǔ)和電存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，甚至實(shí)現(xiàn)四態(tài)邏輯存儲(chǔ)，能夠大大推動(dòng)存儲(chǔ)器件高密度化、小型化和多功能化，為新型信息存儲(chǔ)技術(shù)以及磁電器件的出現(xiàn)帶來了曙光，被稱為實(shí)現(xiàn)終極記憶的一把鑰匙。多鐵性材料不但同時(shí)具有多種鐵序，更重要的是其磁有序與電有序之間可相互耦合而產(chǎn)生新的功能[18-20]，因而具有更加豐富的物理機(jī)制和廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于上述體系，從物理機(jī)制的角度講，人們關(guān)注的是體系中電荷、自旋、軌道和晶格之間的相互作用與關(guān)聯(lián)耦合；從材料設(shè)計(jì)與合成的角度講，人們關(guān)注的是設(shè)計(jì)、合成新的材料體系以及對(duì)原有體系材料進(jìn)行改性。

巨磁阻材料和多鐵性材料大多是建立在ABO₃型復(fù)合氧化物的基礎(chǔ)上的[3，21-26]。ABO₃結(jié)構(gòu)對(duì)A位和B位元素的離子半徑和價(jià)態(tài)具有相當(dāng)大的容忍能力。通常A位離子為稀土金屬離子，B位離子為過渡金屬離子。A位和B位可進(jìn)行各種化學(xué)取代與摻雜，以調(diào)變材料的物理性質(zhì)。比如，對(duì)A位進(jìn)行堿土金屬或堿金屬離子摻雜或?qū)位進(jìn)行過渡金屬離子摻雜，會(huì)使材料的晶格結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化，賦予其豐富的磁、電性能。可以說，ABO₃型復(fù)合氧化物是開發(fā)強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系磁電功能材料的“萬能母體”，使得人們對(duì)其顯示出巨大的研究熱情。