La propriété physique clé des matériaux multiferroïques est l'existence d'un couplage entre le magnétisme et la polarisation. L'origine et les manifestations de la magnétoélectricité peuvent être très différentes dans les systèmes multiferroïques disponibles, avec de multiples mécanismes possibles cachés derrière les phénomènes. Dans une nouvelle critique, les chercheurs ont décrit la physique fondamentale qui provoque la magnétoélectricité d'un point de vue théorique.

Les dipôles électriques et les moments de spin peuvent être commandés en solides, conduisant à des phases de type ferro, par exemple. ferromagnétisme ou ferroélectricité. Généralement, ces deux degrés de liberté ne sont pas actifs simultanément dans les solides. Les multiferroïques sont ces matériaux avec des ordres de moments de spin et de dipôles électriques, qui fournissent une plate-forme idéale pour que ces deux vecteurs se tordent ensemble.

Toujours, le couplage entre le magnétisme et la ferroélectricité n'est pas trivial car ils obéissent à des règles physiques différentes. Du point de vue symétrique, un dipôle électrique brise la symétrie d'inversion spatiale tandis qu'un moment de spin brise la symétrie d'inversion temporelle. Au microscope, l'existence d'une magnétisation nette nécessite un spin non apparié, tandis que la formation de dipôle a généralement besoin d'orbitales vides. Alors comment peuvent-ils danser ensemble ?

Grâce aux études approfondies des dernières décennies, les scientifiques savent maintenant activer les deux degrés de liberté dans les solides et les relier entre eux. Dans une récente revue d'actualité par Dong, Xiang et Dagotto, Publié dans Revue scientifique nationale , les auteurs résument les mécanismes permettant de coupler magnétisme et ferroélectricité, qui peuvent être classés en trois chemins :couplage spin-orbite, couplage spin-réseau et couplage spin-charge. Ces mécanismes physiques sont expliqués avec des exemples de matériaux typiques.