多铁性材料同时具有铁电、反铁磁等多种铁性序，不同序参量间耦合作用可产生磁与电间的交叉调控，有望实现铁电性与磁性集成的新一代多功能器件，如新型磁电传感器件、自旋电子器件、高性能信息存储器件等。研究新一代多铁性磁电材料中各种相互作用和有序规律，利用材料基因组计划发现新的量子现象和调控方法，不仅是材料和物理学科自身发展的需求，并可能成为今后对人类社会经济发展有重大影响的基础科学问题，孕育发展新一代信息技术和能源技术的材料基础。

多铁材料领域的基本研究内容主要有如下方面。

（1）单相多铁性材料的合成、磁电耦合机理与应用：主要目标是探寻具有铁电、磁性与显著磁电耦合的新材料体系。

（2）多铁性异质结的设计、制备与磁电调控器件：主要目标是发展异质结磁电调控的新原理与新概念，在此基础上设计并构建高品质多铁性异质结，实现室温下电磁调控，并结合微电子技术研制新型多铁性多态存储新器件及新一代电磁耦合多功能器件。

（3）多铁性材料的关联电子新效应研究：多铁性材料属于典型的强关联电子系统，探索与挖掘多铁性材料中源于关联电子物理的相关新效应也是多铁性研究的重要内容。典型的效应包括磁致电阻、电致电阻和阻变效应以及多铁性材料复杂的能带结构使得其对光子激发有很强的响应。多铁性材料与半导体材料的界面也值得关注。

（4）基于材料基因组基本理念及基因设计（化学元素选择与结构单元构建）建立多铁性材料的高通量计算模型和方法。在高通量计算平台框架下，发展具有定量意义的跨尺度模拟计算方法及软件，有针对性地拓展第一性原理计算及多尺度计算模拟并应用于多铁性新材料及异质结设计，揭示多铁性材料的铁电、磁、磁电耦合效应的根源及其随结构、成分及外场的变化规律，对多铁性中多重铁性序参量的基态与低能激发态、电-磁相互耦合与调控、结构-性能关系提供具有定量意义的预言与指导。通过高通量计算设计与高通量材料合成及表征有机结合，最终实现基于多铁性磁电材料的新一代磁电器件。

近年来，多铁性材料研究在中国蓬勃发展，是中国在材料领域具有国际领先水平的研究方向之一。我国早期的研究侧重于块体磁电复合材料领域，近几年开始大规模开展单相多铁性化合物、多铁性薄膜实验探索，多铁性新材料研究取得显著进展，诞生了一批突出的研究成果。特别是我国的多铁性块体复合磁电材料研究已经达到世界先进水平，材料制备、性能指标及原型器件的研制都有很高水准和自主知识产权储备，为未来占据国际相关产业发展制高点和满足国家需求奠定了基础。

从多铁材料领域发表的SCI论文看，2004－2013年这10年间中国发展很快。2004年，中国多铁材料领域论文量占世界份额约为12.0%，居世界第3位，排在美国和日本之后；到 2013年，中国该领域论文量占世界相应份额已提升为25.0%，超过美国（18.4%）、日本（10.5%）而位居世界第1。2004年，中国多铁材料领域论文总被引频次占世界该领域相应份额不到9.0%，居世界第4位，排在美国、日本和德国之后；2013年，中国的份额则上升为25.5%，位居世界第2，已接近第1位美国的份额（29.4%）。不过，从Top1%高被引论文数量来看，2013年位居世界第2的中国与第1位的美国仍有较大差距。而且，美国在 2004－2013年这10年的前后5年期变化不大，从2004－2008年的338篇增长为2009－2013年的378篇；中国则从前个5年期的74篇快速增长至后一个5年期的176篇（见附表）。

近10年来，中国尽管在多铁性材料领域的研究进展喜人，但在自主创新方面还面临着一些问题。例如，一些研究相对零散且有重复或重叠现象，尚未形成整体效应。除少数研究方向外，整体而言国内多铁性材料研究基础与发达国家尚有差距。究其原因，可能主要因为该领域科学家的协同合作不足，尤其是缺乏理论与实验研究之间以及不同小组之间的协同合作；研究平台相对落后，缺乏具有针对性的大规模计算研究平台；应用研发尚未开展，需求拉动的作用没有得到很好的发挥。

我国在块体多铁性磁电复合材料方面成绩卓著，享有国际声誉。清华大学、北京大学和南京大学等研究组在多种结构复合材料的磁电耦合响应理论与实验方面成绩卓著，特别是清华大学研究组在这一方向上享有国际声誉，引领复合多铁性复合材料的国际研究。北京大学研究组在动态磁电耦合探测器件研发上已获得初步成果。

我国在单相多铁性研究方面有突出进展，并取得了具有国际先进水平的成果。中国科学院物理所在多铁性锰氧化物、铁基电子铁电体和BiFeO3的光电性质研究上有很多建树，特别是在铁基电子铁电体微结构与相变研究上有国际先进水平的成果。南京大学在锰氧化物多铁性新材料和相共存机制方面有突出的进展。中国科技大学在单相多铁性材料及其低温热输运行为的研究独具特色。浙江大学在铁磁体中诱导铁电性与钨青铜室温多铁性新体系探索方面开展了独特的工作。与此同时，中国科技大学、南京大学和复旦大学在磁电调控理论方面也取得了同行瞩目的成果。

在复合多铁性薄膜/异质结构方面取得引起国内外同行瞩目的重要进展。清华大学、中国科技大学、华东师范大学、中科院物理所和上海硅酸盐研究所在过去几年均取得重要进展，包括电控磁性机理、界面磁电激发、多态存储、异质结光电新效应等领域有重要进展，引起国内外同行瞩目。

多铁材料可用于实现集成铁电性与磁性于一身的新一代多功能器件，即新型磁电传感器件、自旋电子器件、高性能信息存储器件等，其未来发展和应用前景主要体现在下述方面。

（1）多铁性磁电耦合材料的发展对于磁存储技术意义重大。利用多铁性材料多重量子序参量的竞争和共存，量子调控材料的多物理场行为是不同于传统半导体微电子学的全新方法，是后摩尔时代电子技术发展方向之一。例如，在信息存储领域，磁存储技术仍是目前大容量数据存储（如个人电脑、超级计算机）的主导技术，但磁写速度慢、能耗高是其突出的瓶颈问题。此外，自1990年代中期提出的基于磁存储技术的磁随机存储器（MRAM），更被认为有希望取代目前其他所有随机存储器件，成为可适应所有电子设备中信息存储需要的“通用存储器”，具有巨大的商业应用潜力。然而，MRAM在其发展过程中遇到的主要瓶颈也在于数据写入过程中电流产生的大量焦耳热耗散。多铁性磁电耦合材料使用电压而非电流来调控磁化方向的特性，将焦耳热耗散量降至最低，可从根本上解决高能耗问题，实现新一代超低功耗、快速的磁信息存储及处理等，与目前基于电流驱动的磁存储技术相比，具有重大发展性意义。

（2）多铁性材料概念的内涵与外延得到扩展的同时，其应用领域也不断扩大。得益于近10年来的广泛与深入研究，多铁性材料领域产生了一批丰富的研究成果，并继而提出了一系列重要的科学技术问题与挑战。这些成果一方面丰富与拓宽了传统铁电材料、磁性材料等学科领域的内涵与外延，包括提出了新的概念和理论，发展了新的材料设计原理与制备方法；另一方面也显著拓展了铁电性、磁性及相关特性的应用领域。2007年底，Science杂志“Areas to Watch”栏目更是将多铁性材料列为来年的世界范围内最值得关注的七大热点研究领域之一，这是整个材料领域唯一入选项。

（3）深入了解和掌握新一代多铁性磁电材料中各种相互作用和有序规律并从中发现新的量子现象和调控方法。这不仅是材料和物理学科自身发展的需求，并有可能成为今后20~30年对人类社会经济发展产生难以估量的影响的重大基础科学问题，更重要的是这些新现象及其调控方法中孕育着新一代信息技术和能源技术赖以发展的基础。