多铁材料的研究一直是材料科学领域中最热门的方向之一，其两种铁性共存和相互耦合作用的特性有望在超高速传感器、新一代存储器、微波纳米器件等得到广泛应用。多铁材料大致上可以分为:无机多铁材料—氧化物单相、多相材料和多铁异质结;有机多铁材料—电荷输运引入的分子堆叠的多铁系统。目前，虽然人们对无机多铁材料的物理基础的理解远远明晰于后者，但在提升磁性、铁电性和磁电耦合效应方面的研究却遭遇了瓶颈。在经典的单相铁酸铋(BiFeO3)中，其较小的磁电性质、和难以充分极化的缺点，在一定程度上阻碍了其实际应用。通过掺杂改性或者引入应力的方式来改变晶格结构，能够产生准同型相界(Morphologic Phase Boundary，MPB)，从而极大地提高自身性质。另一方面，近期发现部分有机多铁如电荷输运(charge transfer，CT)供体—受体组成的二维系统在室温下同时具备铁电性和铁磁性，这给有机多铁材料的快速发展应用提供了非常高的可能性。但是这类有机多铁材料的物理本质尚未清楚。　　针对上述问题，本论文的研究主要侧重于BiFeO3基陶瓷的自极化、掺杂改性和激发态电荷输运有机多轶的物理机制研究，具体如下:　　(1)BiFeO3陶瓷的自极化:BiFeO3陶瓷在烧结过程中容易因为Bi的挥发而产生较.多的带电空位，因此极化BiFeO3陶瓷并不容易。并且极化过程需要消耗很高的能量，这也是阻碍BiFeO3陶瓷得到广泛应用的原因之一。为此，设计了一种内建电场的构建模型使得BiFeO3陶瓷具备自极化功能。通过温度梯度在BiFeO3陶瓷内部引入热应力，该热应力在纳米范围内定向排列陶瓷中的电偶极子，使得纳米电场组合成了宏观的内建电场。在居里温度以下的高温时，陶瓷样品呈现较小的矫顽场，因而该内建电场足够在BiFeO3陶瓷的烧结过程中实现电畴的翻转，引起BiFeO3陶瓷的自极化，从而避免了外极化所带来的弊端。　　(2)BiFeO3基陶瓷的掺杂改性:分别研究一元和二元掺杂体系陶瓷的磁电改性。在稀土元素Sm部分取代A位的Bi原子后，陶瓷的晶格结构从铁电斜方相向反铁电正交相转变，饱和极化强度达到了40μC/cm2，并在550℃的高温下电阻依旧保持着铁电性，这时部分纳米量级的铁电簇镶嵌于非铁电正交相中。而在BiFeO3（斜方相）中加入具备极性的Bi0.5K0.5TiO3（四方相），形成(1-x)BiFeO3-xBi0.5K0.5TiO3陶瓷二元掺杂体系。在x=0.4时陶瓷内部两种铁电相共存，成功引入了准同型相界并引起电学性能的大幅度提升。这时陶瓷的饱和极化强度高达65.8μC/cm2。通过研究这一体系介电和压电性随温度的变化，发现其具备了强烈的离散型弛豫性。　　(3)噻吩—富勒烯电荷输运混合物的多铁性研究:开展噻吩（电子供体）—富勒烯（电子受体）电荷输运体系的研究，发现了该混合物在室温下同时具备激发的铁电性、铁磁性和磁电耦合效应。通过建立极子(polaron)—偶极子(bipolaron)间的转换模型，确认了激发多重态(triplet)是导致电荷输运多铁性的根本原因。并且通过施加光照、电场等能够调控其磁性、铁电性、微波性质和磁电耦合效应。而激发多重态的密度、有序性与晶格结构密切相关，但是在各向同性的噻吩—富勒烯薄膜中，其晶体和非晶共存的特性，使得研究晶格结构对激发态多铁性的影响非常困难。为此，利用温度梯度制备了单一方向结晶的纳米线结构并研究了其磁电各向异性，证明了多铁性与有效多重态密度以及电荷—晶格缺陷的耦合作用存在重要关联。此外，由激发多重态引入的自旋锥也对该体系的铁电性和铁磁性产生重要影响。　　(4)激发态电荷输运有机多铁的扩展研究:利用已建立的激发态多铁模型，发展噻吩-富勒烯共晶体和单壁纳米碳管-富勒烯电荷输运体系。聚合化的碳基受体和结晶化的噻吩供体在加入极性溶剂后，能够依靠非共价键自组装成规则排列的三维超分子结构(supramolecular charge-transfer co-crystals，SCTCs)。在室温下具备很高的电荷输运密度和多铁性。采用电子自旋共振(Electron Spin Resonance，ESR)测量超分子共晶体内的非配对自旋态，发现随温度变化，其磁化率变化异常。此外，纳米碳管供体和C60受体组成了电荷输运系统，发现其在室温下具备很强的磁性和磁电耦合效应，并且对以通过调控供体/受体的比例来调控磁电耦合效应。采用电子自旋共振技术表征未配对自旋。外加电场可以明显调控碳基电荷输运磁体的磁电耦合效应。通过调控单重态极子和多重态极子的比例同样可以控制其磁—介电/.电流的耦合关系。在有机铁电层P(VDF-TrFE)作为衬底同纳米碳合物层形成异质结构后，能够进一步加强器件的磁电耦合作用。