La propiedad física clave de los materiales multiferroicos es la existencia de un acoplamiento entre el magnetismo y la polarización. El origen y las manifestaciones de la magnetoelectricidad pueden ser muy diferentes en los sistemas multiferroicos disponibles, con múltiples mecanismos posibles escondidos detrás de los fenómenos. En una nueva revisión, Los investigadores han descrito la física fundamental que causa la magnetoelectricidad desde un punto de vista teórico.

Tanto los dipolos eléctricos como los momentos de giro se pueden ordenar en sólidos, conduciendo a fases de tipo ferro, p.ej. ferromagnetismo o ferroelectricidad. Generalmente, estos dos grados de libertad no están activos simultáneamente en sólidos. Multiferroics son aquellos materiales con órdenes de momentos de giro y dipolos eléctricos, que proporcionan una plataforma ideal para que estos dos vectores se retuerzan juntos.

Todavía, el acoplamiento entre el magnetismo y la ferroelectricidad no es trivial ya que obedecen a diferentes reglas físicas. Desde el aspecto simétrico, un dipolo eléctrico rompe la simetría de inversión espacial mientras que un momento de giro rompe la simetría de inversión del tiempo. Microscópicamente, la existencia de magnetización neta requiere espín no apareado, mientras que la formación de dipolos generalmente necesita orbitales vacíos. Entonces, ¿cómo pueden bailar juntos?

Gracias a extensos estudios en las últimas décadas, los científicos ahora saben cómo activar ambos grados de libertad en sólidos y vincularlos. En una revisión temática reciente de Dong, Xiang y Dagotto, publicado en Revista Nacional de Ciencias , los autores resumen los mecanismos para acoplar el magnetismo y la ferroelectricidad, que se pueden categorizar en tres caminos:acoplamiento espín-órbita, acoplamiento espín-celosía y acoplamiento espín-carga. Estos mecanismos físicos se explican con ejemplos de materiales típicos.