由于轨道排序造成的铁磁铁电性

实现铁磁铁电性，即在单相中结合两种铁性序列，是一个长期存在且具有重要实用意义的问题。困难之一在于，单独的铁磁性不能破坏反演对称性。因此，这种相不能通过纯粹的磁性手段获得，正如在其他具有复杂磁序的多铁性材料中那样。在这里，我们通过考虑轨道自由度来展示如何设计这种相。这个想法可以追溯到原子间交换耦合的基本原则，即沿着键的占据轨道的交替（即反铁轨道顺序）有利于自旋之间的铁磁相互作用。这个经典图景的新方面在于，反铁轨道顺序破坏了反演对称性，使得该键不仅具有铁磁性而且也具有铁电性。然后，我们制定了控制固体中实现这种状态的基本原则，即：（i）磁性原子不应位于反演中心，如在蜂窝格子中；（ii）轨道应足够灵活，能够改变形状并最小化交换相互作用的能量；（iii）这种灵活性可以通过原子内相互作用实现，原子内相互作用负责亨德第二定律，并与晶体场劈裂竞争；（iv）对于八面体协调的过渡金属化合物，最有前景的候选物是具有d2构型和相对较弱的d-p杂化的碘化物。该情况在范德瓦尔斯化合物VI3中得到了说明，我们预计它是铁磁铁电性的。