本刊記者 高艷華

周劍平：多鐵電材料的追夢征程

本刊記者 高艷華

電和磁的聯(lián)系最早可追溯到1820年，奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)電流會(huì)影響周圍磁針的指向。隨后，安培和法拉第等人發(fā)展了電磁學(xué)理論。19世紀(jì)，麥克斯韋集電磁學(xué)大成，總結(jié)出經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一理論。這些探索和發(fā)現(xiàn)對人類社會(huì)產(chǎn)生的影響眾所周知?？缭蕉鄠€(gè)世紀(jì)后的今天，陜西陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院周劍平教授站在這些科學(xué)巨人的肩膀上，以多鐵性材料的研究工作，延續(xù)著人類對磁電的追夢之程。

多鐵電材料是一種同時(shí)具有鐵電、鐵磁及鐵彈兩者或兩者以上耦合性質(zhì)的多功能材料。其獨(dú)特的磁電耦合效應(yīng)具有重要的科學(xué)意義，多鐵性材料的研究是一個(gè)跨學(xué)科、蘊(yùn)含著豐富的材料科學(xué)與物理研究課題、以及可預(yù)期的廣闊應(yīng)用前景的前沿研究領(lǐng)域。

多鐵電材料研究已然成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。周劍平投身其中，與其豐富的經(jīng)歷有關(guān)：他先后就讀于北京科技大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所，獲博士學(xué)位。2004年起在清華大學(xué)材料系從事博士后研究工作，后到陜西師范大學(xué)從事科教工作至今。因意識到多鐵性材料研究工作的重要性，多年開展多鐵性方面的研究工作，涉及鐵電、鐵磁等相關(guān)領(lǐng)域知識，從事多鐵性納米材料的制備及性能、磁電耦合機(jī)理的研究。包括單相多鐵性納米材料的制備和性能研究，多鐵性納米復(fù)合材料的制備、耦合特征的研究。先后參加了國家“973”項(xiàng)目，“863”項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的研究，主持完成中國博士后科學(xué)基金1項(xiàng)，目前主持2項(xiàng)國家自然科學(xué)基金，并且在2009年入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”。近年來，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中以第一作者發(fā)表SCI收錄文章20余篇，出版教材2部。

隨著電子器件集成化程度越來越高，人們期望器件小型化，材料性能的多功能化，對材料性能的研究深入到納米尺寸。多鐵性材料同時(shí)具有鐵電性和鐵磁性，由于其獨(dú)特的介電、壓電、磁學(xué)以及光學(xué)等性能具有豐富的物理內(nèi)涵和機(jī)制，成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理的一個(gè)重要分支。而且多鐵性材料中的磁和電之間存在相互作用，可以通過外加磁場控制電極化或通過外加電場控制磁化。為器件的設(shè)計(jì)提供一個(gè)新的自由度，受到廣泛的關(guān)注和研究。站在研究第一線，周劍平關(guān)注不同結(jié)構(gòu)的多鐵性新型材料的開發(fā)和設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，開發(fā)和設(shè)計(jì)之路并不是一帆風(fēng)順：多鐵性材料的磁電耦合效應(yīng)使得人們在基于電荷序和自旋序設(shè)計(jì)器件之外有了一個(gè)新的自由度來設(shè)計(jì)新型磁電器件，從而能夠促進(jìn)微電子器件的多功能化、集成化、微型化，并為微電子技術(shù)和信息技術(shù)帶來革命性的進(jìn)步。因此這一研究領(lǐng)域在國際國內(nèi)受到廣泛關(guān)注。但是目前多鐵材料的研究仍然處在探索階段，其主要原因?yàn)榇蟛糠侄噼F材料在常溫下磁電效應(yīng)非常微弱。

“無限風(fēng)光在險(xiǎn)峰”，深諳科學(xué)研究價(jià)值所在的周劍平選擇了迎難而上。在項(xiàng)目研究中，他著重于研究單相和復(fù)合磁電材料在納米尺度上的行為。主持的項(xiàng)目研究納米尺度下磁電的耦合特征，為磁電材料的應(yīng)用提供依據(jù)。

“對于BiFeO3來說，對其納米材料的尺寸和形貌控制有助于揭示其磁性、鐵電性以及磁電耦合特征的微觀機(jī)理，我們利用水熱法控制BiFeO3的尺寸和形貌，研究尺寸和形貌對其磁性能、電性能及其耦合的影響，有助于揭示其磁電耦合機(jī)理。對于復(fù)合材料來說，研究不同相的界面問題是揭示其耦合行為的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)異相的共格生長是復(fù)合材料的追求目標(biāo)，也是材料制備的一個(gè)難點(diǎn)，對揭示材料納米尺度上的耦合行為是非常重要的，在材料學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)方面均具有非常重要的意義?！睂τ谧约旱闹饕芯繉ο蠹拔磥淼难芯糠较?，周劍平有著清醒的認(rèn)識和清晰的規(guī)劃，難怪有其他媒體稱，這都是出于他“鐵的追求與信仰”。

回顧過去，幾個(gè)世紀(jì)以前，人類還在為沒有方便快捷的照明工具而苦苦追尋，為找不到持續(xù)可靠的動(dòng)力之源而絞盡腦汁?，F(xiàn)如今，“不怕做不到，只怕想不到”已經(jīng)成為許多現(xiàn)代人的座右銘，從周劍平所從事多鐵性材料研究工作的進(jìn)展里，或許，我們更有信心來共同期待人類美好的未來生活。