第1章 绪论
1.1 引言
人类社会发展在很大程度上依赖于材料科学的发展。从某种意义上说，人类文明史就是一部材料科学的发展史。历史上，人们用石器时代、青铜时代和铁器时代等来划分人类文明发展的不同阶段。近一个世纪以来，人类经历了从钢铁时代向以硅芯片为代表的电子信息时代的过渡，而今又进入了新材料时代。不论是传统工农业领域还是现代高新技术领域都需要新材料的不断问世与发展，可以说其发展需要以材料科学的发展为先导。物质世界中，材料种类繁多，性质各异。材料的多样性导致其分类方法亦没有绝对统一的标准。比如，可以按照材料的结晶状态、尺寸、化学组成、功能用途、物理性质、物理效应等进行分类。常按照材料的功能用途将其分为结构材料与功能材料。结构材料是指以力学性能为基础，用于制造受力构件的材料；功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学等特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高技术领域的材料。
强关联电子体系材料当属功能材料领域中的一颗耀眼的明星，近年来已成为材料科学与工程和凝聚态物理领域的研究热点。目前，人们对强关联电子体系的关注焦点侧重在巨磁（电）阻效应[1-5]和多铁性[6-17]等方面。巨磁阻材料是指电阻在外加磁场的作用下发生巨大变化的材料，磁阻效应可高达106%[1-3]。巨磁阻材料一经问世便被迅速应用于磁头，极大地提高了磁记录存储器件的容量，使器件小型轻便化，创造了空前巨大的经济效益。目前，磁阻材料研究的侧重点在于增强室温低（磁）场下的磁电阻效应。多铁性材料是指同时具有磁有序和电有序的材料，应用于信息存储器件中将同时体现磁存储和电存储的优点，甚至实现四态逻辑存储，能够大大推动存储器件高密度化、小型化和多功能化，为新型信息存储技术以及磁电器件的出现带来了曙光，被称为实现终极记忆的一把钥匙。多铁性材料不但同时具有多种铁序，更重要的是其磁有序与电有序之间可相互耦合而产生新的功能[18-20]，因而具有更加丰富的物理机制和广阔的应用前景。关于上述体系，从物理机制的角度讲，人们关注的是体系中电荷、自旋、轨道和晶格之间的相互作用与关联耦合；从材料设计与合成的角度讲，人们关注的是设计、合成新的材料体系以及对原有体系材料进行改性。
巨磁阻材料和多铁性材料大多是建立在ABO3型复合氧化物的基础上的[3，21-26]。ABO3结构对A位和B位元素的离子半径和价态具有相当大的容忍能力。通常A位离子为稀土金属离子，B位离子为过渡金属离子。A位和B位可进行各种化学取代与掺杂，以调变材料的物理性质。比如，对A位进行碱土金属或碱金属离子掺杂或对B位进行过渡金属离子掺杂，会使材料的晶格结构、能带结构、电子结构等发生变化，赋予其丰富的磁、电性能。可以说，ABO3型复合氧化物是开发强关联电子体系磁电功能材料的“万能母体”，使得人们对其显示出巨大的研究热情。