La proprietà fisica chiave dei materiali multiferroici è l'esistenza di un accoppiamento tra magnetismo e polarizzazione. L'origine e le manifestazioni della magnetoelettricità possono essere molto diverse nei sistemi multiferroici disponibili, con molteplici possibili meccanismi nascosti dietro i fenomeni. In una nuova recensione, i ricercatori hanno descritto la fisica fondamentale che causa la magnetoelettricità da un punto di vista teorico.

Sia i dipoli elettrici che i momenti di spin possono essere ordinati nei solidi, che porta a fasi di tipo ferroso, per esempio. ferromagnetismo o ferroelettricità. In genere, questi due gradi di libertà non sono attivi contemporaneamente nei solidi. I multiferroici sono quei materiali con ordini sia di momenti di spin che di dipoli elettrici, che forniscono una piattaforma ideale per questi due vettori per attorcigliarsi insieme.

Ancora, l'accoppiamento tra magnetismo e ferroelettricità non è banale poiché obbediscono a regole fisiche diverse. Dal punto di vista simmetrico, un dipolo elettrico rompe la simmetria di inversione spaziale mentre un momento di spin rompe la simmetria di inversione temporale. microscopicamente, l'esistenza della magnetizzazione netta richiede spin spaiato, mentre la formazione del dipolo di solito necessita di orbitali vuoti. Allora come possono ballare insieme?

Grazie ad approfonditi studi degli ultimi decenni, gli scienziati ora sanno come attivare entrambi i gradi di libertà nei solidi e collegarli tra loro. In una recente Topical Review di Dong, Xiang e Dagotto, pubblicato in Rassegna scientifica nazionale , gli autori riassumono i meccanismi per accoppiare magnetismo e ferroelettricità, che possono essere classificati come tre percorsi:accoppiamento spin-orbita, accoppiamento spin-reticolo e accoppiamento spin-carica. Questi meccanismi fisici sono spiegati con esempi di materiali tipici.