Den viktigaste fysiska egenskapen för multiferroiska material är förekomsten av en koppling mellan magnetism och polarisering. Ursprunget och manifestationerna för magnetoelektricitet kan vara mycket olika i de tillgängliga multiferroiska systemen, med flera möjliga mekanismer gömda bakom fenomenen. I en ny recension, forskare har beskrivit den grundläggande fysiken som orsakar magnetoelektricitet ur en teoretisk synvinkel.

Både elektriska dipoler och centrifugeringsmoment kan beställas i fasta ämnen, som leder till ferro-typ faser, t.ex. ferromagnetism eller ferroelektricitet. Rent generellt, dessa två frihetsgrader är inte samtidigt aktiva i fasta ämnen. Multiferroics är de material med order av både snurrmoment och elektriska dipoler, som ger en idealisk plattform för dessa två vektorer att vrida ihop.

Fortfarande, kopplingen mellan magnetism och ferroelektricitet är otrivlig eftersom de följer olika fysiska regler. Ur den symmetriska aspekten, en elektrisk dipol bryter den rumsliga inversionssymmetrin medan ett centrifugeringsmoment bryter tidsomvändningssymmetrin. Mikroskopiskt, förekomsten av nettomagnetisering kräver oparad snurrning, medan dipolformationen vanligtvis behöver tomma orbitaler. Så hur kan de dansa tillsammans?

Tack vare omfattande studier under de senaste decennierna, forskare vet nu hur man aktiverar båda frihetsgraderna i fasta ämnen och kopplar dem ihop. I en aktuell Topical Review av Dong, Xiang och Dagotto, publicerad i National Science Review , författarna sammanfattar mekanismer för att koppla ihop magnetism och ferroelektricitet, som kan kategoriseras som tre vägar:spin-orbit-koppling, spin-gitter koppling och spin-charge koppling. Dessa fysiska mekanismer förklaras med exempel på typiska material.