Polarização elétrica induzida por campo e amolecimento elástico causado por estados hibridizados d-p mistos em Ba₂CuGe₂O₇

Realizamos medições de magnetização, polarização e ultrassom em campo magnético alto em Ba₂CuGe₂O₇ para investigar propriedades multiferroicas induzidas por campo que surgem de uma correlação cruzada entre dipolos elétricos e quadrupolos elétricos, além da correlação cruzada entre dipolos magnéticos e dipolos elétricos. A magnetização M mostra comportamento de saturação acima de 20 T para várias direções de campo magnético; no entanto, a polarização elétrica Pc exibe um aumento e as constantes elásticas mostram um amolecimento acima de 20 T. Com base em estados quânticos com um campo elétrico cristalino para o grupo pontual D₂₃ e hibridização d-p entre elétrons Cu-3d e O-2p, confirmamos que a matriz de um dipolo elétrico Pᵦ era proporcional à de um quadrupolo elétrico Oₗₘ. Além disso, considerando o acoplamento spin-órbita dos elétrons 3d e o efeito Zeeman, mostramos que Pᵦ e Oₗₘ exibiram simultaneamente respostas induzidas por campo. Essas descobertas indicam que os graus de liberdade orbitais, além dos graus de liberdade de spin, contribuem para a multiferroicidade em alto campo em Ba₂CuGe₂O₇.