De belangrijkste fysieke eigenschap van multiferroïsche materialen is het bestaan ​​van een koppeling tussen magnetisme en polarisatie. De oorsprong en manifestaties van magneto-elektriciteit kunnen heel verschillend zijn in de beschikbare multiferroïsche systemen, met meerdere mogelijke mechanismen verborgen achter de verschijnselen. In een nieuwe recensie onderzoekers hebben de fundamentele fysica beschreven die magneto-elektriciteit veroorzaakt vanuit een theoretisch oogpunt.

Zowel elektrische dipolen als spinmomenten zijn te bestellen in vaste stoffen, leidend tot ferro-type fasen, bijv. ferromagnetisme of ferro-elektriciteit. Over het algemeen, deze twee vrijheidsgraden zijn niet gelijktijdig actief in vaste stoffen. Multiferroics zijn die materialen met orden van zowel spinmomenten als elektrische dipolen, die een ideaal platform bieden voor deze twee vectoren om samen te draaien.

Nog altijd, de koppeling tussen magnetisme en ferro-elektriciteit is niet triviaal omdat ze aan verschillende fysieke regels voldoen. Vanuit het symmetrische aspect, een elektrische dipool verbreekt de ruimtelijke inversiesymmetrie terwijl een spinmoment de tijdomkeersymmetrie verbreekt. microscopisch, het bestaan ​​van netto magnetisatie vereist ongepaarde spin, terwijl de dipoolformatie meestal lege orbitalen nodig heeft. Dus hoe kunnen ze samen dansen?

Dankzij uitgebreide studies in de afgelopen decennia, wetenschappers weten nu hoe ze beide vrijheidsgraden in vaste stoffen kunnen activeren en aan elkaar kunnen koppelen. In een recente Topical Review door Dong, Xiang en Dagotto, gepubliceerd in Nationale wetenschappelijke recensie , de auteurs vatten mechanismen samen om magnetisme en ferro-elektriciteit te koppelen, die kunnen worden onderverdeeld in drie paden:spin-baankoppeling, spin-rooster koppeling en spin-lading koppeling. Deze fysische mechanismen worden uitgelegd met voorbeelden van typische materialen.