在纳米尺度上，将金属氧化物放在绝缘材料之间的新设计，形成的多铁性超晶格，有助于改善电子设备。

 

锇酸锂和铌酸锂的超晶格结构

（图片来源：西北大学）

从电脑硬盘中的旋转磁盘到变压器中变化的电流，很多技术设备通过电和磁之间的转换而工作。但是找到同时具有电极化和磁化的一种材料仍具有挑战性。

这一类难以捉摸的材料被称为多铁性材料，同时具有两个或更多铁的基本属性。西北大学的James Rondinelli和他的研究小组对结合铁磁性和铁电性的材料感兴趣，这两种性质很少在室温下共存。

“研究人员在过去十年多的时间里试图找到具有这些属性的材料，”西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程学院助理教授Rondinelli说。“如果这些材料能够被找到，从基础科学到应用技术，它们都会是令人感兴趣的。”

为了使铁电性存在，材料必须是绝缘的。由于这个原因，迄今为止几乎所有的方法都集中在从绝缘的磁性氧化物中寻找多铁性。Rondinelli团队开始使用一种不同的方法。相反，他们用量子力学的计算来研究金属氧化物-具有铁电性结构倾向的锇酸锂，并把锇酸锂夹在绝缘材料铌酸锂之间。

锇酸锂是一种非磁性和非绝缘性的金属，铌酸锂具有绝缘性和铁电性，同为非磁性。通过交叠两种材料，Rondinelli创建了量子尺度上的超晶格结构，在室温下具有绝缘性、铁磁性和铁电性。

“极性的金属通过电子相变成为绝缘的，”Rondinelli解释道。“由于超晶格结构中电子之间增强的物理作用，电子跃迁导致了磁有序状态。”这项研究得到美国陆军研究办公室和美国国防部的支持，结果发表在8月21日出版的《Physical Review Letters》期刊中。Rondinelli实验室中博士后Danilo Puggioni是论文的第一作者，与意大利的里雅斯特高级研究国际学校的研究人员共同合作。

这个实现多铁性材料的新设计可为包括电子产品、逻辑处理和新型内存存储提出新的可能性。多铁性材料也具有实现低功耗电子产品的潜力，因为它们为控制电场中的磁场极化提供可能性，消耗更少的能量。

“我们的工作是具有开创性的,”Rondinelli说。“我们已经展示了可以开始利用金属氧化物创建多铁性材料。”

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮