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多铁性材料是指同时具有两种或两种以上的铁性(铁电性、铁磁性和铁弹性等)的一类新型多功能材料,由于各种铁性同处于一个体系中,它们之间不可避免将发生相互作用,从而可以实现不同功能间的互相调控,具有丰富的物理背景以及巨大的应用前景,因此成为最近几年凝聚态物理研究领域的热点之一。目前研究较多的是具有铁电、(反)铁磁耦合性能的单相和复合材料。近几年对多铁性材料的研究热潮导致了对多铁性物理的深刻理解并成功探索可能的应用。ReMnO3这类稀土锰氧化物及BiFeO3(BFO)多铁性能的观测引发了单相多铁材料研究的热潮,并提出了一些新的微观机制,然而这些新的微观机制还存在一些问题。目前大部分的单相材料磁性较弱甚至需要低温的条件来实现铁磁性,严重阻碍了实际应用。最近几十年多铁性研究的主要突破是在复合磁电材料中取得的,如将片状的压电/铁电材料和磁致伸缩材料叠在一起形成层状结构和颗粒形式的复合以及自组织生长的纳米尺度柱状复合等,通过应力(或应变)的传递实现磁电耦合。如今,压电/铁电和铁磁的复合材料已经有了实际应用的可能。由于应用上对材料的日益小型化、灵活化需求,目前凝聚态物理学和材料科学研究领域更多地拓展到各种人工结构,诸如超晶格等的制备和物理性质研究。人工结构材料可以不受一些自然条件的限制,表现出一些新的物理现象。例如,已经有人提出在Fe/BaTiO3超晶格结构中可以实现电场对磁化的调控；采用三种不同的材料,如LaAlO3/La0.6Sr0.4MnO3/SrTiO3的超晶格结构可以在界面处得到铁电极化,其中物理机制还不清楚,值得进一步研究。本论文主要介绍了新的铁电-铁弹单晶Tb2(MoO4)3,首先对其的基本物理性能做了一个比较全面的研究,其次利用铁电-铁弹Tb2(MoO4)3单晶与铁磁合金Terfenol-D复合,形成含有3个铁性序的复合体系。在该体系中,我们证实了切应变同样对磁电输出有重要的影响。由于多铁性研究中对铁弹性的关注很少,我们着重研究了铁弹性引入后其在多铁效应研究中的耦合影响。稀土元素的光致发光现象一直是研究的热点,特别是其中的Eu, Tb等元素。我们重点研究钼酸铽的光致发光性能,阐明了其机理。同时结合其他光学性能,对其做了进一步比较分析。最后我们成功制备了Tb2(MoO4)3陶瓷,并对其基本性能进行了表征。主要创新性成果如下：1.Tb2(MoO4)3单晶的基本物理性能的研究,包括热力学性质、铁电性能、介电性能、光学性质、铁弹性能、拉曼光谱研究等：测量了Tb2(MoO4)3铁电相变温度,并确定其为一级相变。研究了Tb2(MoO4)3晶体的铁电性能,其饱和极化Ps=0.35μC/cm2,剩余极化Pr=0.1μC/cm2。发现Tb2(MoO4)3晶体具有介电调谐性能,而这种介电调控的来源可能归于铁电性影响、荷电缺陷、Tb变价的电子跳跃等三方面。介电性能随温度的变化观测中,除了在相变点观察到介电尖峰外,200K附近还出现一个介电驰豫现象,激活能大小为0.38eV。根据激活能大小,并结合XPS谱分析,我们推测其是由Tb3+与Tb4-之间电荷转移跃迁过程的偶极子效应导致的。研究了Tb2(MoO4)3晶体的光学性能,其透过范围较宽,覆盖了近紫外到近红外波段。在可见光波段我们发现在486nm处有比较明显的吸收,这在折射率上也得到了反映。考虑其铁弹特性,我们研究了Tb2(MoO4)3晶体随外应力的形变,并拟合出了它的铁弹力滞回线。对Tb2(MoO4)3晶体进行了拉曼光谱表征,分析其结构。结合具体的原子、离子团振动,对每个拉曼峰进行了解释。2.2-2型复合Terfenol-D/Tb2(MoO4)3体系磁电效应的研究：通过对Tb2(MoO4)3压电方程的计算,发现切应变作用于压电晶体上,通过压电张量其他变量,也能对磁电电压的输出提供贡献。复合体系在频率接近150 kHz时发生机电谐振,磁电耦合系数急剧增加并达到最大值12V/(cmOe)。另外,我们发现在低频段(30～40 kHz), Terfenol-D/Tb2(MoO4)3复合体系存在次共振峰,这个主要归因于复合体系的弯曲振动的共振。Terfenol-D/Tb2(MoO4)3复合体系磁电耦合电压输出与交流激励磁场呈直线关系,这为应用于交流小磁场的信号感应和探测元件提供了可能。最后我们推导了铁电/铁弹/铁磁的复合系统中,铁弹相对磁电耦合效应的影响。并在Terfenol-D/Tb2(MoO4)3复合体系的磁电耦合研究中,通过测量到的零直流偏磁场下非零的磁电耦合系数,类似铁弹回线的磁电耦合系数蝶形曲线等验证了铁弹的作用。3. Tb2(MoO4)3光致发光的性能研究：观测到Tb2(MoO4)3晶体依次在波长490nm、540nm,580nm,615nm处的光致发光峰,其最强峰在540nm。结合能量可得到分别对应于2.54,2.28,2.12和1.99eV。这些与Tb3+离子5D4→7F6,5D4→7F5,5D4→7F4和5D4→7F3的跃迁的能级差一致的。也就是说Tb2(MoO4)3晶体的光致发光性能是完全由于稀土离子Tb3+的能级跃迁所产生的。我们发现486nm波长的激发光下,Tb2(MoO4)3晶体的光致发光强度明显强于其他激发光。结合透射谱,我们推断其吸收486nm波长的光子后正好从7F6态跃迁到504态,接着发生如前面所述的能级跃迁,产生光致发光。而光吸收导致其能量利用率得到大大提高。测量了掺杂的(Tb0.99Co0.01)2(MoO4)3、(Tb0.99Cr0.01)2(MoO4)3和Tb2(MoO4)3三种样品的光致发光性能。从峰强上比较,可以看出Co掺杂的样品的光致发光性能下降,而Cr掺杂的样品的光致发光性能增强。掺杂可能影响到了Tb的能量传递和电子轨道运动,从而带来光致发光的强度上的改变,其具体机制有待进一步的研究。4. Tb2(MoO4)3陶瓷的制备与性能研究：我们探索了Tb2(MoO4)3陶瓷的制备条件。测量了钼酸铽陶瓷的铁电、介电、磁性、相变等性能,对陶瓷物理性质做了初步的表征。同时制备了Tb2(MoO4)3/CoFe2O4复合体系,损耗谱中观测到一套弛豫峰。这个介电弛豫可能来源于两部分,一方面是钴铁氧中铁的变价及电子跃迁,从而造成载流子的捕获。另一方面由于含铁的变价离子的加入,产生的氧空位。对Tb2(MoO4)3/CoFe2O4复合体系的铁电、铁磁性能做了表征。在此基础上,测量了其磁电耦合效应,发现其中钴铁氧磁性对复合结构的磁电输出起决定作用。