A principal propriedade física dos materiais multiferróicos é a existência de um acoplamento entre o magnetismo e a polarização. A origem e as manifestações da magnetoeletricidade podem ser muito diferentes nos sistemas multiferróicos disponíveis, com vários mecanismos possíveis escondidos por trás dos fenômenos. Em uma nova revisão, pesquisadores descreveram a física fundamental que causa magnetoeletricidade do ponto de vista teórico.

Ambos os dipolos elétricos e momentos de rotação podem ser solicitados em sólidos, levando a fases do tipo ferro, por exemplo. ferromagnetismo ou ferroeletricidade. Geralmente, esses dois graus de liberdade não são ativos simultaneamente em sólidos. Multiferroics são aqueles materiais com ordens de momentos de spin e dipolos elétricos, que fornecem uma plataforma ideal para esses dois vetores se torcerem juntos.

Ainda, o acoplamento entre magnetismo e ferroeletricidade não é trivial, uma vez que obedecem a regras físicas diferentes. Do aspecto simétrico, um dipolo elétrico quebra a simetria de inversão espacial, enquanto um momento de rotação quebra a simetria de reversão de tempo. Microscopicamente, a existência de magnetização líquida requer spin desemparelhado, enquanto a formação de dipolo geralmente precisa de orbitais vazios. Então, como eles podem dançar juntos?

Graças a extensos estudos nas últimas décadas, os cientistas agora sabem como ativar os dois graus de liberdade em sólidos e ligá-los. Em uma revisão recente de Dong, Xiang e Dagotto, publicado em National Science Review , os autores resumem os mecanismos para acoplar magnetismo e ferroeletricidade, que pode ser categorizado como três caminhos:acoplamento spin-órbita, acoplamento spin-reticulado e acoplamento spin-carga. Esses mecanismos físicos são explicados com exemplos de materiais típicos.