멀티퍼로닉스

다중 효소는 동일한 단계에서 둘 이상의 주요 강체 특성을 나타내는 재료로 정의된다.^[1]

• 철자학 – 적용된 자기장에 의해 전환 가능한 자기화
• 강전 – 적용된 전기장에 의해 전환 가능한 전기 편광
• 강탄성 – 가해진 스트레스에 의해 전환 가능한 변형

강전철광학 및 강자강광학(强者强光學)^[1]은 형식적으로 다엽기적인데 반해, 오늘날에는 보통 강자강과 강자강이 동시에 일어나는 자석전기 다중엽학을 설명하는 용어로 쓰인다. 때때로 정의는 반소성이나 강자성과 같은 비주요 순서 매개변수를 포함하도록 확장된다. 또한, 페로토로이드성이^[3] 예시되는 마그네슘(magneotelectric multipole^[2])의 철분 배열과 같은 다른 유형의 1차 질서도 최근 제안되었다.

물리적인 특성에 대한 과학적인 관심 외에도, 멀티퍼루닉은 액추에이터, 스위치, 자기장 센서, 그리고 새로운 유형의 전자 메모리 장치로서 응용할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.^[4]

역사

과학의 거미줄이라는 용어는 N. A. 스팔딘(당시 힐)의 2000년 논문 "왜 자성 강전자가 그렇게 적은가?"^[5]를 가장 빠른 결과로 산출한다. 이 작품은 자성과 강전 사이의 억제 원인에 대해 설명하고 이를 우회하기 위한 실용적 경로를 제안하였으며, 다엽적 물질에 대한 현대적 관심 폭발을 시작했다는 공로가 널리 인정되고 있다.^[6] 2000년부터^[5] 다엽 물질 생성에 대한 실용적인 경로의 가용성은 격렬한 활동을 자극했다. 큰 강유 전체 분극의 자기 BiFeO3,[7]의 epitaxially 성장 얇은 막들은 관찰 사방정계의 TbMnO3[8]과 TbMn2O5[9]의non-collinear 자기 순서 강유 전성을 일으키며 특이한 부적절한 강유 전성의에는으로 호환되는 것은 식별 특히 키 이른 작품들은 발견 공존 6각 망간나이트 YMnO에₃ 자력이 있는 경우.^[10] 오른쪽의 그래프는 2008년까지의 과학 웹 검색에서 나온 다중 계층에 관한 논문 수를 빨간색으로 보여준다; 지수적인 증가가 오늘날에도 계속되고 있다.

자석전기재료

다극성 물질을 적절한 역사적 맥락에 배치하기 위해서는 전기장이 자기성을 수정하는 자전 물질도 고려해야 하고 그 반대의 경우도 고려해야 한다. 자기전자가 반드시 다엽체일 필요는 없지만, 모든 강자성 강전자 다엽체는 선형 자기전극이며, 적용된 전기장이 그 크기에 비례하여 자기화의 변화를 유도한다. 자석 전기 재료와 그에 상응하는 자석 전기 효과는 다엽체보다 긴 역사를 가지고 있는데, 오른쪽 그래프에 파란색으로 표시되어 있다. 자기전기에 대한 최초의 언급은 1959년판 란도 & 리프시츠의 연속 미디어의 전기역학에서 찾아볼 수 있는데, 압전성에 관한 섹션의 끝부분에서 다음과 같이 언급하고 있다: "원칙적으로 존재할 수 있는 두 가지 현상을 더 지적하자. 하나는 피에조자기학인데, 고체에서 자기장과 변형(아날로그와 압전) 사이의 선형 결합으로 구성된다. 다른 하나는 미디어에서 자기장과 전기장 사이의 선형 결합인데, 예를 들어 전기장에 비례하는 자기화를 유발할 수 있다. 이 두 현상 모두 특정한 종류의 자기결정 대칭에 존재할 수 있다. 그러나 현재까지는 어떤 실체에서도 관찰되지 않았던 것으로 보이기 때문에 이 현상들에 대해서는 더 자세히 논의하지는 않을 것이라고 말했다. 1년 후 I. E. Dzyaloshinskii는 대칭 인수를 사용하여 물질 CrO가₂₃ 선형 자력전자의 행동을 가져야 한다는 것을 보여주었고,^[11] 그의 예측은 D에 의해 빠르게 검증되었다. 아스트로프.^[12] 그 후 수십 년 동안, 자기전 물질에 대한 연구는 유럽의 여러 집단, 특히 구소련과 미국 제네바의 H. Schmid 그룹에서 꾸준히 계속되었다. 1973년(시애틀에서)과 2009년(산타바바라에서) 사이에 크리스탈에서의 자기전 상호작용 현상(MEIPIC)이라는 제목의 동서 회의가 잇따라 열렸으며, 실제로 1993년(아스코나에서) MEIPIC 회의의 진행 과정에서 H. Schmid가 처음으로 사용한 용어다.^[13]

강전도와 자력을 결합하는 메커니즘

강전기로 정의되려면 재료는 적용된 전기장에 의해 전환할 수 있는 자발적 전기 양극화를 가져야 한다. 일반적으로 그러한 전기 양극화는 부모 중심 대칭 단계로부터의 역대칭 파괴 구조 왜곡을 통해 발생한다. 예를 들어, 원형 강전 바륨 타이탄산염, BaTiO에서₃ 상위 단계는 이상적인 입방형 ABO₃ 페로브스카이트 구조로, B-site Ti⁴⁺ 이온이 산소 조정 옥타헤드론의 중심에 있고 전기 편극화는 없다. 강전 단계에서 Ti⁴⁺ 이온은 8면체 중심에서 멀리 이동되어 양극화를 일으킨다. 그러한 변위는 B-사이트 양이온이 빈 d 쉘(일명 d 구성⁰)을 가진 전자 구성을 가질 때만 유리한 경향이 있으며, 이는 B-사이트 양이온과 인접한 산소 음이온 사이의 에너지 저하시킬 공밸런트 결합 형성을 선호한다.^[5]

이 "d0-ness" 요건은^[5] 대부분의 전이 금속 산화물의 자력은 부분적으로 채워진 전이 금속 d 쉘의 존재에서 발생하기 때문에 다엽체 형성에 분명한 장애물이다. 그 결과, 대부분의 다세대에서는, 강전기는 다른 기원을 가지고 있다. 다음은 강자성과 강자성 사이의 이러한 금연을 회피하는 것으로 알려진 메커니즘을 설명한다.^[14]

론페어 액티브

단독-공기-능동 다극성 ^[5]다극성에서는 강전 변위가 A-장소 cation에 의해 구동되며, 자력은 B 부지의 부분적으로 채워진 d 쉘에서 발생한다. 예를 들어 비스무트 페라이트, BiFeO₃,^[15] BiMnO₃(반극성 물질로 추정되지만),^[16] PbVO₃ 등이 있다.^[17] 이러한 물질에서, A-site cation³⁺ (Bi²⁺, Pb)은 소위 스테레오케미컬 활성 6s² 단독 전자를 가지며, A-site cation의 오프센터링은 공식적으로 비어 있는 A-site 6p 궤도들과 채워진 O 2p 궤도들 사이의 에너지 저하의 전자 공유에 의해 선호된다.^[18]

기하학적 강전율

기하학적 철전학에서 극성 철전 상태로 이어지는 구조적 위상 전환의 원동력은 전자 공유 공밸런트 결합 형성이 아닌 다면체의 회전 왜곡이다. 그러한 회전 왜곡은 많은 전이 금속 산화물에서 발생한다. 예를 들어 페로브스카이트에서는 A-사이트 양이 작아 산소 옥타헤드라 주위로 붕괴될 때 흔하다. 페로브스카이트에서 다면체의 3차원 연결은 순극화가 일어나지 않는다는 것을 의미하며, 한 8면체(Octavedron)가 오른쪽으로 회전하면 연결된 이웃이 왼쪽으로 회전한다. 그러나 레이어드 재료에서는 그러한 회전은 순 양극화를 초래할 수 있다.

원형 기하학적 페로전자는 층층이 쌓인 바륨 전환 금속 플루오르화물인 BaMF₄, M=Mn, Fe, Co, Ni, Zn으로 약 1000K에서 강전 전환, 약 50K에서 반소자성 상태로의 자기 전환이 있다.^[19] 왜곡은 d-사이트 cation과 음이온의 교잡화에 의해 추진되지 않기 때문에, B 사이트의 자성의 존재와 호환되므로 다엽적 거동이 허용된다.^[20]

두 번째 예는 주로 MnO₅ 바이피라미드의 기울임으로 구성된 약 1300K에서 구조 위상 전환이 이루어지는 육각형 희토류 망간산염(R=Ho-Lu, Y가 있는 h-RMnO₃) 제품군에 의해 제공된다.^[10] 기울어짐 자체에는 양극화가 없지만, 최대 6µC/cm의² 극성을 내는 R-ion 층의 극지 골재와 결합한다. 강전도는 일차적 순서 매개변수가 아니기 때문에 부적절하다고 설명된다. 스핀 좌절에 의한 삼각 반소자성 순서가 발생할 때 다소자 페이즈는 약 10K에 도달한다.^[21][22]

충전 주문

충전 순서는 고온에서 소산된 전자가 다른 양이온 부위에서 순서가 정해진 패턴으로 국소화하여 물질이 절연될 때 혼합 용기의 이온을 포함한 화합물에서 발생할 수 있다. 국부화된 전자의 패턴이 극일 때, 전하 순서 상태는 강전이다. 보통 이런 경우에 이온은 자성이기 때문에 강전 상태도 다엽이다.^[23] 다중 세포를 주문하는 충전의 첫 번째 제안 예는 Fe와²⁺ Fe³⁺ 이온의 배열로 330K에서 주문을 충전하는 LuFeO이다₂₄.^[24] 강자성 순서는 240K 이하에서 발생한다. 그러나 최근 충전 주문의 극성 여부에 대해서는 의문이 제기되고 있다.^[25] 또한 자석, FeO₃₄, Verwey 전환 이하에서 주문된 전하를 제안한다.^[26] (Pr,Ca)MnO₃.^[23]

자력 구동 강전성

자력 구동 다극성에서는^[27] 비중심적인 장거리 자기 순서에 의해 거시적 전기 양극화가 유도된다. 형식적으로 $P{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\$은$($는) 자기화 측면에서, M ${\${M}은$(는)$ 다음과 같이 주어진다$.$

${\displaystyle {P\mathbf{}}_{}}$~ ${\displaystyle M\mathbf{}}$ ${\displaystyle \times }$ (${\displaystyle {\mathrm{}}_{}}$ r$×$ ${\displaystyle M\mathbf{}}$)$${\$displaystyle \mathbf {P} \sim \mathbf {M} \time$(\$nabla _{\mathbf {r}}}\time \mathbf${M$\}\}\}\}\}\}\}\}.$

위에서 논의한 기하학적 철전학처럼, 편극화가 강전 위상 전환에 대한 일차 순서 매개변수(이 경우 일차 순서는 자화)가 아니기 때문에 강전성은 부적절하다.

원형적 예로는 TbMnO에서₃ 28K 이하에서 작은 강전 양극화를 동반한 비대칭 자기 나선 상태의 형성이 있다.^[8] 이 경우 비대칭 스핀 구조를 결정² 격자와 결합하는 메커니즘이 약한 스핀-오빗 결합이기 때문에 양극화가 10μC⁻²/cm로 작다. 비대칭 자기 순서가 정형외과적 HoMnO₃ 및 관련 물질과 같이 보다 강력한 superexchange 상호작용에 의해 야기될 때 더 큰 편극화가 발생한다.^[28] 두 경우 모두 자기 순서에 의해 직접 강전력이 발생하기 때문에 자기전 커플링이 강하다.

f자성

현재까지 개발된 대부분의 자기전극 다엽극은 기존의 전이-금속 d-전자 자력과 새로운 강전기의 메커니즘을 가지고 있지만, 기존의 강전기에 다른 형태의 자력을 도입하는 것도 가능하다. 가장 분명한 경로는 A 부지에 부분적으로 채워진 f 전자의 껍질이 있는 희토류 이온을 사용하는 것이다. 예를 들어, EuTiO는₃ 주변 조건 하에서 강전기는 아니지만 약간 긴장되었을 ^[29]때 또는 A 현장의 일부 바륨을 대체함으로써 격자 상수가 확장되었을 때 그러한 상태가 된다.^[30]

컴포지트

상온에서 자기화와 양극화가 크고 그 사이의 강한 결합을 가진 좋은 단상 다엽체를 개발하는 것은 과제로 남아 있다. 따라서 FeRh와 같은 ^[31]자성 물질과 PMN-PT와 같은 강전 물질을 결합한 복합 물질은 다엽성을 달성하기 위한 매력적이고 확립된 경로다. 일부 예로는 압전 PMN-PT 기판의 자석 박막과 Metglass/PVDF/Metglass 3엽형 구조물이 있다.^[32] 최근 원자 규모의 다엽합성물의 층별 흥미로운 성장이 입증되었는데, 강자성 및 반자성 LuFeO의₃ 개별 레이어들이 강자성과 교대하지만 극성이 아닌 LuFeO와₂₄ 초자성 LuFeO의 개별 레이어로 구성되어 있다.^[33]

기타

There have been reports of large magnetoelectric coupling at room-temperature in type-I multiferroics such as in the "diluted" magnetic perovskite (PbZr_0.53Ti_0.47O₃)_0.6–(PbFe_1/2Ta_1/2O₃)_0.4 (PZTFT) in certain Aurivillius phases, and in the system (BiFe_0.9Co_0.1O₃)_0.4-(Bi_1/2K_1/2TiO₃)_0.6 (BFC-BKT). 여기서는 자기장 아래 PFM을 이용한 미세한 눈금에서 강한 ME 결합이 관찰되었다.^[34][35][36] 후자의 시스템은 소위 "다중엽성단"의 자기 구조가 전기장에 의해 전환될 수 있는 Fe-Co 철자성 때문에 제안된, 코어 쉘형 완충기 철자성인 것으로, 최초의 보고된 것으로 보인다. 유기 유기농 하이브리드 멀티퍼로이틱은 금속성형 페로브스카이트 계열뿐만 아니라 ^[37][(CH₃)]₂와 같은 분자 멀티퍼로이틱 계열에서도 보고되었다.NH₂][Ni(HCOO)],₃ 주문 매개변수 사이의 탄성 변형 매개 결합.^[38]

분류

Type-I 및 Type-II 다중 계층 구조

다세포를 소위 I형과 II형으로 분류하는 데 도움이 되는 분류 체계가 D에 의해 2009년에 도입되었다. 옴스키.^[39]

옴스키는 강전도와 자력이 다른 온도에서 발생하고 다른 메커니즘에서 발생하는 물질에 대해 제1형 다엽체라는 용어를 제안했다. 보통 강전력을 일으키는 구조적 왜곡은 고온에서 일어나며, 대게 반자성인 자기 순서는 저온에서 발생한다. 프로토타입 예는₃ BiFeO_C(T=1100 K_N, T=643 K)로, 화학적으로 활성하는 Bi³⁺ 이온의 단독 쌍에 의해 추진되는 강전성과 일반적인 초절제 변화 메커니즘에 의해 발생하는 자기 순서가 있다. YMnO₃^[40](T_C=914K, T_N=76K)도 I형이지만, 그 강전성은 이른바 "향상"이며, 이는 또 다른 (1차) 구조 왜곡에서 발생하는 2차적 효과라는 것을 의미한다. 자력과 강전력의 독립적 출현이란 두 성질의 영역이 서로 독립적으로 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 대부분의 I형 다극성은 선형 자석전극 반응과 더불어 자석상 전환에서 유전 감수성의 변화를 보여준다.

타입 II 멀티퍼로틱이라는 용어는 자기 순서가 반전 대칭을 깨뜨리고 직접 강전성을 "원인" 물질에 사용된다. 이 경우 두 현상에 대한 순서 온도가 동일하다. 대표적인 예가 TbMnO인데₃,^[41] 이 경우 강전 양극화를 동반한 비대칭 자기 나선형이 28K에 설정된다. 동일한 전환이 두 가지 효과를 모두 유발하기 때문에 건설에 의해 강하게 결합된다. 그러나 일반적으로 10μC/cm의⁻²² 순서에서 강전 편광은 I형 다엽체 편광보다 작은 크기의 순서인 경향이 있다.^[39] Mott 단열재 충전 전달 소금 - (BEDT-TTF)2Cu[N(CN)]
₂Cl에서도 반대의 효과가 보고되었다.^[42] 여기서, 극성 강전 케이스로의 충전 주문 전환은 자기 주문을 유도하고, 다시 강전 케이스와, 이 경우, 반소자성 사이의 친밀한 결합을 제공한다.

대칭과 커플링

강렬질서의 형성은 항상 대칭이 깨지는 것과 관련이 있다. 예를 들어, 공간 역전의 대칭은 페로메트릭스가 전기 쌍극자 모멘트를 발달시킬 때 깨지고, 페로마그네틱이 자성을 띠면 시간 역전이 깨진다. 대칭 파괴는 이 두 예에서 순서 매개변수, 양극화 P 및 자화 M으로 설명될 수 있으며, 적절한 결합장(페로마그네틱 또는 페로마그네틱)에 의해 각각 선택할 수 있는 복수의 등가 접지 상태로 이어진다. 이를테면 자기 데이터 저장소의 자기장을 이용한 자기 비트의 익숙한 전환으로 이어진다.

강도는 종종 공간 역전과 시간 역전에 따른 주문 매개변수의 동작으로 특징지어진다(표 참조). 공간 역방향의 작동은 극화의 방향을 역전시키는 동시에(따라서 극화의 현상은 공간 역행 반대칭이다) 자기화 불변성을 남긴다. 그 결과, 극성 페로마그네틱스나 극성 페로마그네틱스는 우주 역전하에서는 불변성이지만 극성 페로마그네틱스는 그렇지 않다. 반면에 시간역전의 작동은 M(따라서 시간역대칭)의 부호를 변화시키는 반면 P의 부호는 불변으로 남아 있다. 따라서, 비자기성 철광학 및 철광학자는 시간 역전에 따라 불변하는 반면, 철광학자는 그렇지 않다.

	공간 역전 대칭	공간 반전 대칭
시간 역 대칭	강탄성	페로전기
시간역대칭	강자성	자석전극다중엽

자기전극 다엽극은 강자성과 강자성 둘 다이기 때문에 공간반복과 시간반복 반대칭성 둘 다 강자성과 강자성이다.

다엽체에서의 대칭 파괴의 조합은 순서 매개변수들 사이의 결합을 유도할 수 있으므로, 하나의 페르로닉 특성이 다른 하나의 결합장(convate field)과 함께 조작될 수 있다. 예를 들어, 강탄성 강전기는 압전인데, 전기장이 형체 변화를 일으키거나 압력을 가하면 전압을 유도할 수 있다는 뜻이며, 강탄성 강전기는 유사한 피에조자성 행동을 보여준다. 전기장은 자기장보다 에너지 요구사항이 낮기 때문에, 특히 잠재적 기술에 호소할 수 있는 것은 자기장 다중엽에서 전기장으로 자력을 제어하는 것이다.

적용들

자기장의 전기장

다엽체 탐사를 위한 주요 기술적 동인은 자석 전기 커플링을 통해 전기장을 이용한 자기 제어 잠재력이었다. 그러한 능력은 기술적으로 변형될 수 있는데, 이는 대부분의 기존 자기장 기반 기술에 사용되는 자기장 생산(이것은 다시 전류를 필요로 함)보다 에너지 집약도가 훨씬 낮기 때문이다. 예를 들어 기존의 강자성 금속과 다엽성 BiFeO의₃ 이질구조에서와 같이 전기장을 이용하여 자성의 방향을 제어하는 것뿐만 아니라,^[43] 예를 들어 FeRh에서 반자성으로부터 강자성에 이르는 자기 상태를 제어하는 것에도 성공이 있었다.^[44]

다극성 박막에서 자석 및 강전 순서 매개변수는 자석 전자 장치 개발에 이용될 수 있다. 여기에는 터널 자기저항(TMR) 센서와 같은 새로운 스핀트로닉 장치와 전기장 튜닝 기능이 있는 스핀 밸브가 포함된다. 일반적인 TMR 장치는 다엽 박막으로 만들어진 얇은 터널 장벽(~2nm)으로 분리된 두 개의 강자성 물질 층으로 구성되어 있다.^[45] 그러한 장치에서는 장애물을 가로지르는 스핀 전송을 전기적으로 조정할 수 있다. 또 다른 구성에서는 다중 계층을 교환 바이어스 피닝 계층으로 사용할 수 있다. 다엽 피닝 층의 반자성 스핀 방향을 전기적으로 조정할 수 있는 경우, 장치의 자기저항은 적용된 전기장에 의해 제어될 수 있다.^[46] 또한 전기와 자기 편광에 데이터가 저장되는 복수의 상태 메모리 소자를 탐색할 수 있다.

무선 및 고주파 장치

벌크 형태의 다극성 복합 구조물은 고감도 ac 자기장 센서와 필터, 오실레이터, 위상 시프터 등 전기적으로 튜닝 가능한 마이크로파 소자에 대해 탐구한다(자성 대신 페리, 강자성 또는 항암 자기공명이 전기적으로 튜닝된다).^[47]

물리학의 다른 영역에서의 교차 적용

다엽역학은 우주론과 입자물리학의 근본적인 문제를 다루는데 사용되어 왔다.^[48] 첫째로, 각각의 전자가 이상적인 다엽체라는 사실은, 자기 쌍극자 모멘트와 같은 축을 채택하기 위해 대칭에 의해 요구되는 어떤 전기 쌍극자 모멘트를 가지고 있다는 사실이, 전자의 전기 쌍극자 모멘트를 찾는 데 이용되었다. 설계한 다엽 재료 사용(Eu,Ba)TiO₃, 적용된 전기장에서의 강전 편광 전환에 대한 순 자기 모멘트 변화를 모니터링하여 전자 전기 쌍극 모멘트의 가능한 값에 대한 상한을 추출할 수 있도록 하였다.^[49] 이 양은 기초 입자물리학 이론에 심각한 제약을 가하는 우주의 시간역대칭(따라서 CP)이 깨지는 양을 반영하기 때문에 중요하다. 두 번째 예에서, 육각형 망간석의 비정상적인 기하학적 강전 위상 전환은 제안된 초기 우주 위상 전환과 공통적으로 대칭 특성을 갖는 것으로 나타났다.^[50] 그 결과 육각망간석은 초기 우주 물리학의 다양한 측면을 시험하기 위해 실험실에서 실험을 하는 데 사용될 수 있다.^[51] 특히, 우주 문자열 형성을 위한 제안된 메커니즘이 검증되었으며,^[51] 이들의 다엽적 영역 교차점 유사성의 관찰을 통해 우주 문자열 진화의 측면을 탐구하고 있다.

자기전력을 넘어선 응용

지난 몇 년 동안 다극성 비스무트 페라이트(multiperroic bismuth perrite)에서 다른 예기치 않은 많은 응용이 확인되었는데, 이 응용은 결합 자력과 강전성과 직접 관련이 없는 것으로 보인다. 여기에는 광전 효과,^[52] 광투석 ^[53]및 가스 감지 거동이 포함된다.^[54] 일부 전이 금속 d 상태로 구성된 작은 대역 간극과 함께 강전 편광화의 조합이 이러한 유리한 특성에 책임이 있을 가능성이 있다.

역학

다극성 다극성

최근에는 공간적으로 변화하는 자기질서에 의해 전기극화가 생성될 수 있는 것과 같은 방식으로, 일시적으로 변화하는 극화에 의해 자력이 생성될 수 있다고 지적했다. 그 결과 나타나는 현상을 다이너믹 멀티퍼러시티라고 불렀다.^[55] 자기화, $M{\displaystyle \mathbf{}}${\$displaystyle \mathbf {M}$}은(는) 다음을 통해 부여된다$$.

${\displaystyle \mathbf {M} \sim \mathbf {P} \time {\frac {\partial \mathbf {P}{\partial t}}}}}$

여기서 $P{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\$는) 편광이고$$ $\times {\displaystyle }$ ${\displaystyle \times }$은(는) 벡터 제품을 나타낸다$$. 역동적인 다극성 형식주의는 다음과 같은 다양한 현상의 기초가 된다.^[55]

• 반대편 원형 편극의 음핵이 자기장에서 다른 에너지를 갖는 포논 지만 효과. 이런 현상은 실험적인 검증을 기다리고 있다.
• 광학 구동 축음기에 의한 공명 마그논 흥분.^[56]
• 지라오신스키이모리야형 ^[57]전자석
• 역 패러데이 효과.^[58]
• 양자 임계성의 이국적인 맛.^[59]

동적 프로세스

다극성 시스템의 역학 연구는 특히 외부 적용 분야에서 다양한 강렬성 주문들 사이의 결합의 시간 진화를 이해하는 것과 관련이 있다. 이 분야의 현재 연구는 동역학의 결합 성질에 의존하는 새로운 유형의 응용에 대한 약속과, 기초 MF 배설물에 대한 근본적인 이해의 핵심에 놓여 있는 새로운 물리학에 대한 탐색에 의해 동기가 부여된다. MF 역학에 대한 연구 수가 증가함에 따라 자석 전기 다극성의 전기적 순서와 자기 순서 매개변수 사이의 결합과 관련이 있다. 이 종류의 재료에서, 선도적 연구는 이론적으로나 실험적으로, 동력학적 자기 전기 결합의 기본 한계(예: 내인성 결합 속도, 결합 강도, 재료 합성)와 이러한 한계들이 어떻게 도달하여 신기술 개발을 위해 이용될 수 있는지를 탐구하고 있다.

자기장 결합에 기반한 제안된 기술의 중심에는 전환 과정이 있는데, 이는 전기장과 함께 물질의 거시적 자기 성질의 조작을 기술하고 그 반대도 마찬가지다. 이러한 과정의 물리학의 대부분은 도메인과 도메인 벽의 역동성에 의해 설명된다. 현재 연구의 중요한 목표는 2차("Quasi" 정전기적 시스템"의 일부에서 나노초 범위 및 더 빠른 속도로 전환 시간을 최소화하는 것이며, 후자는 차세대 메모리 장치와 같은 현대 전자 장치에 필요한 일반적인 시간 척도가 된다.

초고속 공정은 피코초, 펨토초, 심지어 초단간 규모에서도 현대 과학의 최전선에 있는 광학법에 의해 추진되고 연구된다. 이러한 짧은 시간 척도에서 관찰을 뒷받침하는 물리학은 비균형 역학(non-valible dynchronous process를 사용한다. 40 fs 800nm 레이저 펄스의 흥분 상태에서 CuO에서 콜린어 반소자성 상태에서 나선 반소자성 상태로 전환되는 것이 초고속 프로세스의 한 예다.^[60] 두 번째 예는 반자성 NiO에 대한 THZ 방사선으로 스핀파를 직접 제어할 수 있는 가능성을 보여준다.^[61] 이것들은 자석 전기 역학의 혼합된 특성에 의해 매개된 다엽기 전기와 자기성의 전환이 어떻게 초고속 데이터 처리, 통신 및 양자 컴퓨팅 장치로 이어질 수 있는지에 대한 유망한 시연이다.

MF 역학에 대한 현재의 연구는 다양한 개방적 질문들을 다루는 것을 목표로 한다; 초고속 도메인 전환의 실질적인 실현과 실증, 튜닝 가능한 역학을 기반으로 한 추가적인 새로운 애플리케이션의 개발, 예를 들어 유전적 특성의 주파수 의존성, 배설물의 혼합된 특성에 대한 근본적인 이해. (예: ME의 경우, 혼합 음소-마그논 모드 - '전자기') 및 MF 커플링과 관련된 새로운 물리학의 잠재적 발견.

도메인 및 도메인 벽

다른 강체 물질과 마찬가지로 다엽체계는 영역으로 분할된다. 도메인은 그것의 순서 매개변수의 일정한 방향과 위상을 가진 공간적으로 확장된 지역이다. 인접 도메인은 도메인 벽이라고 불리는 전환 영역에 의해 분리된다.

다중 계층 도메인의 속성

단일 철학적 순서가 있는 재료와 대조적으로, 다중 역학의 도메인은 추가적인 특성과 기능을 가지고 있다. 예를 들어, 최소 두 개의 순서 매개변수를 조합한 것이 특징이다.^[62] 순서 매개변수는 독립적일 수 있다(일반적으로 I형 다지극의 경우 의무는 아님). 또는 결합될 수 있다(타입 II형 다지극의 경우 필수).

다중 계층의 도메인과 단일 강렬 순서가 있는 재료의 도메인을 구별하는 많은 미결 속성들은 순서 매개변수 사이의 결합의 결과물이다.

• 결합은 다중 계층에 독점적인 도메인의 분포 및/또는 토폴로지를 가진 패턴으로 이어질 수 있다.
• 순서-모수 결합은 일반적으로 영역 간에 균일하다. 즉, 구배 효과는 무시할 수 있다.
• 경우에 따라 도메인 패턴에 대한 주문 매개변수의 평균 순값은 개별 도메인의 주문 매개변수 값보다 연결에 더 목적적합하다.^[63]

이러한 문제들은 이러한 재료에 대한 현재의 관심을 설명하는 새로운 기능성으로 이어진다.

다중 계층 도메인 벽의 속성

도메인 벽은 한 도메인에서 다른 도메인으로 순서 매개변수의 전송을 매개하는 공간적으로 확장된 전환 영역이다. 도메인들에 비해 도메인 벽은 균질하지 않고 대칭성이 낮을 수 있다. 이것은 다중 계층의 특성과 그 순서 매개변수의 결합을 수정할 수 있다. 다중 계층 도메인 벽은 특정한 정적^[64] 및 동적^[65] 특성을 표시할 수 있다.

정적 속성은 고정된 벽을 가리킨다. 로부터 비롯될 수 있다.

• 치수 감소
• 벽의 유한폭
• 벽의 다른 대칭
• 벽 내부의 고유한 화학적, 전자적 또는 순서 매개변수 비균질성과 그로 인한 구배 효과.^[66]

합성

다엽 성질은 다양한 재료에서 나타날 수 있다. 따라서 솔리드 스테이트 합성,^[67] 열수 합성, 솔겔 가공, 진공 기반 증착, 플로팅 존 등 몇 가지 전통적인 재료 제작 경로가 사용된다.

일부 유형의 다중 계층은 다음과 같은 보다 전문화된 처리 기술을 필요로 한다.

• 박막 침적을 위한 진공 기반 증착(예: MBE, PLD)은 변형 매개 다중 계층 구조, 이형 구조, 비이소트로피와 같은 2차원 계층 구조와 함께 제공될 수 있는 특정 장점을 활용한다.
• 측정 가능하거나 매우 왜곡된 구조를 안정화하기 위한 고압 고체 상태 합성 또는 비스무트의 높은 변동성으로 인한 Bi-based 다중 효용성의 경우.

재료 목록

현재까지 확인된 대부분의 다엽 물질은 전이 금속 산화물로, 산소와 함께 (보통 3d) 전이 금속으로 이루어진 화합물이며, 종종 추가적인 주군 양이온으로 구성된다. 전환금속 산화물(transition-metal oxide)은 다음과 같은 몇 가지 이유로 다엽적(multipherroics)을 식별하는 데 유리한 물질의 종류다.

• 전이 금속의 국소화된 3d 전자는 부분적으로 전자로 채워지면 대개 자성이 된다.
• 산소는 과도 금속으로 만드는 결합이 너무 이온적이지도 않고 (이웃의 불소, F와 같이) 너무 공발적이지도 않다는 점에서 주기율표에서 "단점"에 있다. 그 결과, 전이 금속과의 결합은 오히려 편광성이 있어, 강전성에 유리하다.
• 전이 금속과 산소는 지구가 풍부하고, 독성이 없으며, 안정적이고 환경적으로 온순한 경향이 있다.

많은 다엽적인 사람들은 페로브스카이트 구조를 가지고 있다. 이는 부분적으로 역사적이며, 잘 연구된 대부분의 철전학들은 페로브스카이트(perovskite)이며, 부분적으로 구조물의 화학적 다용성이 높기 때문이다.

아래는 강전 및 자석 주문 온도와 함께 가장 잘 연구된 다엽제 목록이다. 재료가 둘 이상의 강전 또는 자기 위상 전환을 보일 때 다엽적 거동에 가장 관련성이 높은 것이 주어진다.

임계 온도

재료	강전C T [K]	자석NC T 또는 T [K]	강전성의 유형
비페오3	1100	653	외짝쌍
h-YMnO3	920[68][69]	80	기하학적(기하)
바니프4			기하학적(적재적)
PbVO3			외짝쌍
비엠노3			외짝쌍
루페오24			주문된 요금을 청구하다.
호엠노25	39[70]		자력으로 움직이는
h-호름노3	873[69]	76	기하학적(기하)
h-ScMnO3		129[69]	기하학적(기하)
h-ErMnO3	833[69]	80	기하학적(기하)
h-TmMnO3	>573[69]	86	기하학적(기하)
h-YbMnO3	993[69]	87	기하학적(기하)
h-LuMnO3	>750[69]	96	기하학적(기하)
KSEO24			기하학적
Cs2CdI4			기하학적
TbMnO3	27	42[71]	자력으로 움직이는
니보328	6.5[72]
MnWO4	13.5[73]		자력으로 움직이는
CuO	230[74]	230	자력으로 움직이는
ZnCr2Se4	110[75]	20
리쿠오22	[76]
니보이3713	[77]

참고 항목

• 페로토로이드성

멀티퍼로이크 리뷰

• Spaldin, Nicola A. (2020). "Multiferroics beyond electric-field control of magnetism". Proc. Roy. Soc. A. 476 (2233): 0542. arXiv:1908.08352. Bibcode:2020RSPSA.47690542S. doi:10.1098/rspa.2019.0542. PMC 7016559. PMID 32082059.
• Spaldin, N. A.; Ramesh, R. (2019). "Advances in magnetoelectric multiferroics". Nature. 18 (3): 203–212. doi:10.1038/s41563-018-0275-2. PMID 30783227. S2CID 73464831.
• Spaldin, Nicola A. (2017). "Multiferroics: Past, present, and future". MRS Bulletin. 42 (5): 385–390. Bibcode:2017MRSBu..42..385S. doi:10.1557/mrs.2017.86. ISSN 0883-7694.
• Spaldin, Nicola A. (2017). "Multiferroics: from the cosmically large to the subatomically small". Nature Reviews Materials. 2 (5): 17017. Bibcode:2017NatRM...217017S. doi:10.1038/natrevmats.2017.17.
• Fiebig, M.; Lottermoser, Th.; Meier, D.; Trassin, M. (2016). "The evolution of multiferroics". Nature Reviews Materials. 1 (8): 16046. Bibcode:2016NatRM...116046F. doi:10.1038/natrevmats.2016.46.
• Dong, S.; Liu, J.-M.; Cheong, S.-W.; Ren, Z.F. (2015). "Multiferroic materials and magnetoelectric physics: symmetry, entanglement, excitation, and topology". Advances in Physics. 64 (5–6): 519–626. arXiv:1512.05372. Bibcode:2015AdPhy..64..519D. doi:10.1080/00018732.2015.1114338. S2CID 119182615.
• Pyatakov, A. P.; Zvezdin, A. K. (2012). "Magnetoelectric and multiferroic media". Physics-Uspekhi. 55 (6): 557–581. Bibcode:2012PhyU...55..557P. doi:10.3367/ufne.0182.201206b.0593.
• Ma, J.; Hu, J. M.; Li, Z.; Nan, C. W. (2011). "Recent progress in multiferroic magnetoelectric composites: from bulk to thin films". Advanced Materials. 23 (9): 1062–1087. doi:10.1002/adma.201003636. PMID 21294169.
• Akbashev, A. R.; Kaul, A. R. (2011). "Structural and chemical aspects of the design of multiferroic materials". Russian Chemical Reviews. 80 (12): 1159–1177. Bibcode:2011RuCRv..80.1159A. doi:10.1070/rc2011v080n12abeh004239.
• Tokura, Y.; Seki, S. (2010). "Multiferroics with Spiral Spin Orders". Adv. Mater. 22 (14): 1554–1565. doi:10.1002/adma.200901961. PMID 20496385.
• Spaldin, Nicola A.; Cheong, Sang-Wook; Ramesh, Ramamoorthy (2010-10-01). "Multiferroics: Past, present, and future". Physics Today. 63 (10): 38–43. Bibcode:2010PhT....63j..38S. doi:10.1063/1.3502547.
• Wang, K. F.; Liu, J. M.; Ren, Z. F. (2009). "Multiferroicity: the coupling between magnetic and polarization orders". Adv. Phys. 58 (4): 321–448. arXiv:0908.0662. Bibcode:2009AdPhy..58..321W. doi:10.1080/00018730902920554. S2CID 118149803.
• Khomskii, D. (2008). "Multiferroicity due to charge ordering". Journal of Physics: Condensed Matter. 20 (43): 434217. arXiv:0803.2964. Bibcode:2008JPCM...20Q4217V. doi:10.1088/0953-8984/20/43/434217. S2CID 1037678.
• Nan, Ce-Wen; Bichurin, M. I.; Dong, Shuxiang; Viehland, D.; Srinivasan, G. (2008). "Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspective, status and future directions". J. Appl. Phys. 103 (3): 031101–031101–35. Bibcode:2008JAP...103c1101N. doi:10.1063/1.2836410.
• Spaldin, Nicola A.; Ramesh, R. (2008-11-01). "Electric-Field Control of Magnetism in Complex Oxide Thin Films". MRS Bulletin. 33 (11): 1047–1050. doi:10.1557/mrs2008.224. ISSN 1938-1425.
• Kimura, T. (2007). "Spiral magnets as Magnetoelectrics". Annu. Rev. Mater. Res. 37: 387–413. Bibcode:2007AnRMS..37..387K. doi:10.1146/annurev.matsci.37.052506.084259.
• Bibes, M.; Barthelemy, A. (2007). "Oxide spintronics". IEEE Trans. Electron. Dev. 54 (5): 1003–1023. arXiv:0706.3015. Bibcode:2007ITED...54.1003B. doi:10.1109/ted.2007.894366. S2CID 8544618.
• Cheong, S.-W.; Mostovoy, M. (2007). "Multiferroics: a magnetic twist for ferroelectricity" (PDF). Nature Materials. 6 (1): 13–20. Bibcode:2007NatMa...6...13C. doi:10.1038/nmat1804. hdl:11370/f0777dfc-d0d7-4358-8337-c63e7ad007e7. PMID 17199121.
• Ramesh, R.; Spaldin, N. A. (2007). "Multiferroics: progress and prospects in thin films". Nature Materials. 6 (1): 21–29. Bibcode:2007NatMa...6...21R. doi:10.1038/nmat1805. PMID 17199122.
• Tokura, Y. (2007). "Multiferroics – toward strong coupling between magnetization and polarization in a solid". J. Mag. Mag. Mat. 310 (2): 1145–1150. Bibcode:2007JMMM..310.1145T. doi:10.1016/j.jmmm.2006.11.198.
• Rao, C. N. R.; Serrao, C. R. (2007). "New routes to multiferroics". J. Mater. Chem. 17 (47): 4931. doi:10.1039/b709126e.
• Eerenstein, W.; Mathur, N. D.; Scott, J. F. (2006). "Multiferroic and magnetoelectric materials'". Nature. 442 (7104): 759–765. Bibcode:2006Natur.442..759E. doi:10.1038/nature05023. PMID 16915279. S2CID 4387694.
• Khomskii, D. I. (2006). "Multiferroics: Different ways to combine magnetism and ferroelectricity". J. Mag. Mag. Mat. 306 (1): 1. arXiv:cond-mat/0601696. Bibcode:2006JMMM..306....1K. doi:10.1016/j.jmmm.2006.01.238. S2CID 119377961.
• Tokura, Y. (2006). "Multiferroics as Quantum Electromagnets'". Science. 312 (5779): 1481–1482. doi:10.1126/science.1125227. PMID 16763137. S2CID 136576668.
• Prellier, W.; Singh, M. P.; Murugavel, P. (2005). "The single-phase multiferroic oxides: from bulk to thin film". J. Phys.: Condens. Matter. 17 (30): R803. Bibcode:2005JPCM...17R.803P. doi:10.1088/0953-8984/17/30/r01.
• Fiebig, M. (2005). "Revival of the magnetoelectric effect". J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (8): R123. Bibcode:2005JPhD...38R.123F. doi:10.1088/0022-3727/38/8/r01.
• Spaldin, N. A.; Fiebig, M. (2005). "The Renaissance of Magnetoelectric Multiferroics". Science. 309 (5733): 391–392. doi:10.1126/science.1113357. PMID 16020720. S2CID 118513837.

다중 계층에 대한 대화 및 다큐멘터리

프랑스 24 다큐멘터리 "니콜라 스팔딘: 멀티퍼로이크의 선구자"(12분) https://www.youtube.com/watch?v=bfVKtIcl2Nk&t=10s

R. Ramesh의 U Michigan(1시간) 세미나 "자력의 전기장 제어" https://www.youtube.com/watch?v=dTpr9CEYP6M

ETH Zürich(5분)에서 멀티퍼로이커상을 수상한 Max Roessler상: https://www.youtube.com/watch?v=Nq0j6xrNcLk

니콜라 스팔딘(1시간)의 ICTP 콜로키움 https://www.youtube.com/watch?v=CYHB0BZQU-U

기무라 츠요시의 「물리퍼로이틱을 이용한 고기능 기기」(4분)에 관한 연구. https://www.youtube.com/watch?v=_KfySbeVO4M

토쿠라 요시(45분)의 「소재에 있어서의 전기와 자성의 강한 상관 관계」. https://www.youtube.com/watch?v=i6tcSXbEELE

베를린 폴링 월즈(15분)의 "다음 물질 시대로 벽을 깨는 것": https://www.youtube.com/watch?v=pirXBfwni-w

참조