鐵電材料是一種新型材料。下面簡單介紹一下這種材料的性質、用途和目前的研究方向。

一、鐵電材料是什麼？

大多數人對於鐵電材料都很陌生，那就先從大家熟悉的鐵磁材料說起吧。每個人的童年裡應該都少不了磁鐵這種“神奇”的玩具，那麼大家有沒有想過這個問題：磁鐵為什麼可以輕鬆地吸住鐵釘呢？

簡單的說，是因為磁鐵會產生磁場，當磁鐵靠近鐵的時候就會把鐵磁化，被磁化後的鐵也會產生磁場，磁鐵的磁場與鐵的磁場相互作用，就類似於兩個磁鐵可以相互吸引或排斥是一樣的啦。

鐵的這種可以在外磁場下被磁化的特性就稱為鐵磁性。不同的磁鐵產生的磁場大小和強度都不一樣，如果把鐵放到變化的磁場裡，磁化後所產生的磁性也會隨之變化。

再來說鐵電材料，首先要說明的是，鐵電材料跟鐵磁材料一樣，不一定含有鐵元素。

之所以被稱為鐵電材料，主要是因為它在電場下的性質跟鐵磁材料在磁場下的性質類似。

對應鐵磁材料的磁化，鐵電材料本身內部存在固有的極化，把鐵電材料放在外電場下時，其本身的電場與外電場發生相互作用，就像上文說的磁鐵的磁場和鐵被磁化後的磁場發生相互作用一樣。當外電場足夠強的時候，鐵電材料內部的極化就可以隨外電場方向發生變化。

二、鐵電材料的應用

在講應用之前，先說一說儲存器的發熱問題。

我們目前常用的大多數儲存器其結構如下圖所示，其核心部分為中間的鐵磁/金屬/鐵磁部分（圓圈內）。

其中一部分為固定層，也就是其磁化方向是固定的。另外一層鐵磁層為軟鐵磁材料，也就是磁化方向容易受外加磁場的影響，隨外加磁場的變化而變化。在儲存和讀取資料的時候，就是透過對軟鐵磁材料施加一個電流來產生磁場，控制軟鐵磁的磁化方向與固定層的磁化方向相同或者相反實現的計算機二進位制中的“0”和“1”。

這樣問題就來了，既然是透過施加電流的方式來改變磁化方向，那麼施加電流的過程就必然會發生能耗和產熱問題。這也就是為什麼隨身碟拔出來會熱的原因了，正是這個原因限制了它的進一步的發展。

好了，回到鐵電材料。

剛剛說了，鐵磁材料的磁化狀態可以隨外磁場的變化而變化，鐵電材料的極化狀態可以隨外電場的變化而變化。我們也都知道電磁感應現象，電能生磁，磁能生電，電和磁本身就是糾纏不清的一家人。

所以，鐵電材料與鐵磁材料存在獨特的磁電耦合效應，也就是可以用外加磁場來控制鐵電材料的極化狀態，或者用外加電場來控制鐵磁材料的磁化狀態。

正是因為磁電耦合效應，我們可以使用鐵電材料，透過施加電壓來翻轉磁性，既然沒有電流那就沒有功耗和產熱，這就有望解決當前大多數磁儲存器的產熱和功耗問題啦！

除解決存貯器發熱問題之外，整合鐵電體還可用於紅外探測與成像器件，超聲與聲表面波器件以及光電子器件等。可以說，鐵電材料的應用前景不可估量。

既然這種材料的優勢這麼明顯，為什麼市場上還沒有大規模的生產和銷售呢？

一方面，受制備方法的限制，目前這種材料的效能不穩定，容易受內部的缺陷、雜質的影響，無法大規模生產具有完美性質的鐵電材料，這正是科學家們目前努力的研究方向。

另一方面，我們剛才提到的磁電耦合效應，也就是用外電場控制鐵磁材料的磁性和用外磁場控制鐵電材料的電性，都是宏觀表現出來的物理性質，根本的內部機理還沒有統一的認識，這也是目前科學家們努力的研究方向。