聚合物
p(vdf-trfe-cfe)在组分配比为58.3/34.2/7.5(物质的量分数，x%)时，获得了种高储能密度(575kv/mm时储能密度高达17j/cm3)和高放电速度(＜1μs)的聚合物材料。另外，研究指出将陶瓷与聚合物复合可以大大提高耐击穿强度。
有机铁电薄膜材料
有机铁电薄膜的制备方法包括溶胶－凝胶法、旋涂法(spin-coating)、分子束外延技术及langmuir-blod-get膜技术等。与传统的无机材料相比，有机聚合物材料具有易弯曲、柔韧性好、易加工、成本低等优点而备受关注。作为种新型的铁电体，铁电高分子聚合物的研究主要以聚偏氟乙烯(polyvinylidenefluoride，pvdf)及其共聚物为代表。此外，具有铁电性的聚合物材料还有聚三氟乙烯、聚氨酯和奇数尼龙等。有机铁电材料具有良好的压电和电致伸缩效应、热电效应、光电效应、光学非线性效应和介电响应，广泛应用于传感器、探测器、换能器、非易失性存储器等电子器件中。这里主要介绍以聚偏氟乙烯及其共聚物为代表的铁电高分子聚合物材料在存储器中的应用。
正如面提到的，聚偏氟乙烯及其共聚物是目研究为广泛的铁电聚合物。20世纪60年代末，kawai发现聚合物pvdf具有铁电性。随后，人们对pvdf的微观结构和功能机理进行了研究，深入了解了这铁电聚合物。pvdf有几种不同的构型，包括全反式tttt，顺反交替式tg+，tg－，tttg+和tttg－构型。这些不同构型的分子链按照不同的排列方式造成了pvdf不同的晶形，其中α，β，γ和σ相是4种常见的晶形。β相的分子链是全反式构型，偶子按相同方向排列，具有较大的自发化强度。α相中的分子链呈无性的排列，偶矩由于相互抵消整体不显性。γ和σ相具有较弱的性。而偏氟乙烯(vinylideneflu-oride)和三氟乙烯(trifluoro-ethylene)的二元共聚物(p(vdf-trfe))具有比pvdf更好的铁电性能。这是因为用氟取代氢后，氟原子的直径略大于氢原子的直径，在空间位阻的作用下，全反式的tttt结构更容易形成。图3中展示了不同物质的量比的vdf/trfe共聚物的d-e回线和介电常数随温度的变化。vdf物质的量分数为75%的共聚物展现了较好的电滞回线，剩余化强度和矫顽场分别为100mc/m2和50mv/m。铁电存储器利用铁电材料产生的不同方向的剩余化来存储信息，基于有机铁电聚合物薄膜的电容结构的铁电存储器在1995年被提出。用p(vdf-trfe)铁电聚合物薄膜制备的铁电存储器展现了较好的性质，但其自身存在着破坏性读取的缺点。
针对铁电存储器破坏性读取的缺点，研究人员曾经探索过种新的非破坏性读取的器件结构。尝试用铁电体薄膜替代 mos 晶体管中的栅介质层，这样可以通过栅电压改变铁电体薄膜的化状态实现对源漏电流的调制。根据源漏电流的相对大小即可读出存储信息，不会影响铁电体薄膜的化状态，因此读取是非破坏性的。yamauchi 在 20 世纪 80 年代中期提出了把铁电聚合物薄膜作为栅介质层应用在场效应管中实现非易失性存储的想法。由于铁电聚合物薄膜可以在室温下制备，避免各层物质间的相互扩散，因此有机铁电薄膜在铁电场效应管中展现了定优势，有效避免了无机铁电薄膜制备过程中为防止互扩散而使用的缓冲层。2004 年， schroeder 等人报道了利用共聚酰胺 poly ( m-xylylene adipamide)铁电聚合物薄膜制备的铁电场效应管，该器件全部由有机材料构成。其转移特性曲线表现出了明显的滞后现象: 在 － 2. 5 v 栅电压下，器件高、低电阻态电阻值比为200，保持时间约3 h。在该器件中，并五苯半导体薄膜是在真空中蒸镀的。2005 年，naber 等人通过旋涂法制备了聚合物铁电场效应存储器。该器件选用p(vdf-trfe)(65∶35)作为栅介质层，meh-ppv (poly［2- methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-p-phenylene-vinylene］) 作为半导体层。作为对比，另器件选择无铁电性的 ptrfe作为栅介质层。结果表明，非铁电性 ptrfe 薄膜作为栅介质层的器 件 无 存 储 效 应，而选用铁电薄膜 p( vdf- trfe)作为栅介质层的器件展现了优异的存储特性: 0 v栅电压下，器件高、低电阻态电阻值比超过 104 ; 保持时间超过 7 d; 稳定工作 1 000 次以上; 写入速度和擦除速度分别为 0. 3 ms 和 0. 5 ms。
由于用铁电薄膜的有机薄膜场效应管存储器展现了较好的存储特性，具有简单的器件结构，因此它们可以直接合成到现的有机场效应管电路中。下步需要改进的是铁电薄膜和半导体的接触界面和提高保持性能。
多铁性材料
多铁性材料指具有 2 种以上初铁性体特征的材料，此类性质包括铁电性、反铁电性、铁磁性以及反铁磁性等。多铁性材料的研究是目材料科学及凝聚态物理中的个宽广的新域，蕴含着丰富的材料科学与物理学研究课题，以及可预期的广阔应用景。
铁电存储器( ferams)读写速度快、集成度高，然而存在破坏性读取和疲劳等问题。磁致电阻随机存储器(mrams)的读取虽是非破坏性的，但却有读取时间较慢并且磁写入所需功率较大等缺点。多铁性材料的出现为 ferams 和 mrams 各自优点(低功率的电写入操作和非破坏性的磁读取操作)的融合提供了契机。多铁性材料具有同时存在的铁电性和磁性，是种新型多功能材料，提供了同时用电化和磁化来编码储存信息的可能性，而且还存在磁性和电性的强耦合，可以实现磁性和电性的互相调控，如图 4 所示。
同时具备铁电性和铁磁性的多铁材料是相当xi少的，这主要因为大多数铁电性的形成是由于阳离子偏离晶格中心并且原子 d 轨道没有电子填充，而大多数磁性的形成需要电子部分填充 d 轨道，这两者的形成机制有很大区别。因此为了将铁电性和铁磁性融合在同的单相材料中，偏离晶格中心而产生电偶子的那部分原子必须同导致磁性的原子不同。在理论上存在着不同的合成机制，在磁性材料中掺入没有 d 轨道电子的元素或者在铁电材料中掺入具备磁性的元素。但在实际中只有后者才会被实现。不同机制的多铁材料为后的研究提供了广阔的空间。第种多铁材料的构建原理是具备磁性的钙钛矿氧化物(abo3 型)，a 位原子提供弧对电子对并产生铁电性，而 b 位则由具备磁性的阳离子构成。目为止这种机制典型的单相材 料是铁酸铋(bifeo3 )，如图 5 所示，是种以 bi 为基础的多铁材料。di二种方法是依靠特殊的几何结构使铁电性和磁性共存，如 ymno3 和 banif4 都是这类材料。近tbmno3 也引起了人们的关注，tbmno3 具有低对称 性的磁性基态和反演对称性差的特点，这就导致了其电化很小，但是由于可以直接通过磁序控制其电序，所以这种材料可能有着很强的磁电耦合系数。同 tbm- no3 相反的种多铁机制也在研究中，这种机制的原理是在铁电材料中通过降低晶格畸变的不对称性来获得微弱的铁磁性。后在磁性材料中，非中心对称的电荷有序排列也会产生铁电性，如 lufe2o4。有个关键问题需要我们在这里指出，铁电材料必然有着很好的绝缘性，否则能够移动的电荷会使电化消失，然而很多铁磁材料是含有金属的，并且绝大部分磁性绝缘体只具备反铁磁序。这样材料的绝缘性也会带来很多的问题，例如对于部分漏电的多铁材料，即使有着非中心对称的结构，还是会因为移动的电子而抑制了自身的铁电性。
尽管迄为止对于铁电性和磁性的研究都集中于凝聚态物理范畴和相关材料，在基础物理和技术应用上仍存在大量问题。需要观注的主要问题有 2 个方面:第是合成电偶子同磁性自旋序共存于身的材料;di二是充分认识在多铁材料中电性能和磁性能之间的耦合效率尤为重要，这是实现多铁控制的基础。
铁电阻变材料
不同于铁电材料在化翻转过程中产生的瞬态电流，铁电化调制铁电材料内部电阻在 2009 年以鲜有报道，尚未有成熟的理论。传统意义上，当铁电材料的电阻值在绝缘体范围，铁电化能够被翻转，同时伴随较大的瞬态化电流，但是穿过铁电材料自身的稳态电流(比如漏电流) 非常微弱，此时无需考虑铁电化与铁电材料自身稳态电流的耦合关系。当铁电材料的电阻值较小时，铁电化难以翻转，即难以观测到铁电化翻转与铁电材料自身稳态电流的耦合现象。2000 年后 julian 等人提出，如果铁电薄膜尺度在 5 nm 以下，电子可以在小于铁电矫顽场的电场作用下隧穿铁电薄膜，样品的电阻值较小，铁电薄膜的化翻转将影响电子隧穿势能和隧穿电流。理论上，电子隧穿几率随铁电薄膜厚度的增加而指数降低，所以隧穿理论无法独立解释铁电化如何调控10 nm 以上厚度铁电样品的稳态电流。2009 年以来，铁电化调控铁电材料自身电阻有重大突破，揭开了这域快速发展的序幕。美国 rut- gers university 大学的 choi 制备了 70 μm，单铁电畴，具有半导体特征的 bifeo3 单晶，他们发现电流 － 电场曲线具有单向电流特征，样品在光辐射条件下产生光伏电流，并且化翻转可以调控单向电流和光伏效应(图 6)。法国 cnrs 国家实验室的 garcia 等发现，纳米厚度的 batio3 外延薄膜具有良好的铁电性，电子能够量子隧穿铁电薄膜，而且铁电薄膜的化翻转引起隧穿势垒的变化，从而导致铁电薄膜化翻转后穿过铁电薄膜的隧穿电流剧烈变化，比如，在 3 nm 的 batio3铁电薄膜中，铁电化翻转可以导致薄膜的电阻变化750 倍(图 7)。进步的研究发现在 2 nm-fe /1 nm- batio3 /30 nm-la0. 67 sr0. 33mno3 的“三明治”隧道磁电阻结构中，隧穿电流同时受到磁矩和铁电化翻转的双重调控(图 8)。美国 oak ridge 国家实验室 peter 等发现，在 30 ～ 50 nm pb ( zr0. 2 ti0. 8 ) o3，100 ～ 120 nm 的 (bi0. 875ca0. 125 )feo3薄膜中，铁电化翻转导致样品的阻值变化高达 500 倍，电流 － 电场曲线具有记忆功能和单向电流特征。加州伯克利的 ramesh 等人发现 bi1 － x caxfeo3 外延薄膜中氧空位是 n 型掺杂，ca 是 p 型掺杂，bi0. 875ca0. 125feo3 外延薄膜中可以同时存在 n 型、p型和p-n 结，铁电化过程中容易引起氧空位迁徙，从而调控 p-n 结和其电流特征。不同于铁电场效应管(通过铁电化翻转引起 si 沟道内的载流子浓度和电阻变化)，铁电化翻转改变其自身的稳态电流和电阻，目尚不清楚铁电化翻转如何调制材料自身的能带带隙、隧穿势垒、载流子、耗尽层等。先的理论，无法wan美解释上述论文报道的复杂多变的实验现象，相关作者也只是罗列了几种可能的解释。
虽然上述半导体二管调制、光伏电流调制、电致电阻调制、隧道磁电阻调制等现象复杂多变、牵涉多种材料和异质结，但都是通过铁电化翻转调控穿过铁电层自身的电子稳态输运过程，因此都属于“铁电化—电子稳态输运”耦合范畴。
新的发现蕴藏复杂深厚的物理内涵，为更精细的实验和理论提供了广阔的空间。通过铁电化调控电阻和磁电阻等电子的输运过程涉及多个域: 纳米铁电薄膜中电子的量子隧穿; 铁电化调控类二管的单向电流; 铁电化调制光伏效应甚至非线性光学系数; 铁电化诱导半导体耗尽层等。上述这些复杂的实验现象，可以总结为“铁电化—电子稳态输运”耦合效应。这类现象比较复杂，也尚未有丰富的实验数据可供参考，因此当的认识还比较模糊。总之，进步探索新材料、新体系和深化相关物理机制的研究，将有助于人们把对“铁电化—电子稳态输运”耦合的理解推进到更深更广的层次。
铁电材料的研究进展（下）铁电材料的研究进展（下）铁电材料的研究进展（下）铁电材料的研究进展（下）铁电材料的研究进展（下）