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多鐵電性材料(multiferroics)具有鐵電性與磁性，在許多領域皆有應用潛力，像是鐵磁共振裝置、光伏元件及磁電記憶體等。大部分此類裝置利用其鐵電性質，然而最近由法國、俄羅斯與美國組成的研究團隊探討的卻是多鐵電性材料的反鐵磁性質。他們研究的對象是最廣為人知的多鐵電性材料鉍鐵氧化物(bismuth ferrite, BiFeO3)，特別是這種鈣鈦礦氧化物薄膜在應力下的行為。研究結果顯示此材料可望應用於資料儲存和自旋電子裝置，甚至可能應用於新科技領域「磁電學」(magnonics)。
鈣鈦礦氧化物如BiFeO3薄膜的鐵電性質可藉由施加應力予以改變，不過卻鮮有人利用應力來調變這些材料的反鐵磁性質。反鐵磁材料有許多用途，例如用來製作磁性讀寫頭。由於反鐵磁材料對於自旋力矩相當敏感，在某些情況下還會展現磁阻，許多研究人員認為它們也許能應用在自旋電子領域中。反鐵磁結構中的自旋轉向速度遠快過鐵磁材料，因此在高頻磁電領域及自旋電子元件上應有更佳表現。磁電學為一相對新興科技領域，依賴自旋波傳遞並處理訊息，如同光電學(photonics)利用光波一般。
上述由Manuel Bibes領導的研究團隊首先以穆斯堡爾(Mossbauer)及拉曼(Raman)光譜技術結合理論計算確定BiFeO3的磁序，接著研究機械應變如何影響磁序及調變鄰近金屬多層膜的自旋行為與巨磁阻(giant magnetoresistance, GMR)等性質。Bibes表示，他們最驚人的發現在於施加微小應力於多鐵電薄膜上即能造成其磁序與自旋動力性質的顯著改變，而此操控能力有助於發展採用這類材料的新元件概念。
研究人員也發現藉由增強BiFeO3薄膜的應變可以抑制一些所謂的自旋動力學激發模(spin dynamics excitation mode)，相同的方法亦能用來調變巨磁阻。實驗結果顯示應變工程是一項可以用來控制磁性的嶄新工具，並可望應用於發展資料儲存設備。該研究團隊目前計畫使用壓電材料來產生應力，並預期藉此控制BiFeO3薄膜的磁有序以及自旋動力性質。詳見Nature Materials｜doi:10.1038/nmat3629。 |