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Multiferroicos son materiales que tienen diferentes grados de ordenamiento magnético (antiferromagnetismo) y eléctrico (ferroelectricidad) coexistiendo en un entorno aislante en el cual una propiedad puede ser controlada por la otra. Son arreglos de espín y carga en subredes constituidas por un metal de transición o una tierra rara rodeada de iones oxígenos. Para cationes de tierras raras más pequeños, como en el caso de Er en RMnO3 (R=Tierra Rara), la fase hexagonal H non-centrosimétrica (grupo espacial P63cm (C36v)) a temperatura ambiente gana en estabilidad relativa a un arreglo ortorrómbico-perovskita. Las manganitas hexagonales tienen su metal de transición 3+ ubicado en el centro de bipirámides MnO5 con los cuatro electrones d ocupando los dos dobletes más bajos. Las bipirámides están unidas en el plano por iones oxígeno y conforman con los oxígenos apicales los siete primeros vecinos de una subred dentro de la cual se encuentra la tierra rara separando planos. Sin centro de inversión, la red de H-ErMnO3 permite desplazamientos generando polarización espontánea (ferroelectricidad) a lo largo del eje c a relativamente alta temperatura de Curie, TC(ferro) ~830 K. Entre esta temperatura y ~1200 K, por encima de la cual se convierte en paraeléctrico, hay una fase intermedia con expansión térmica negativa[1] con planos corrugados debido a que al enfriar se incrementa la inclinación de las bipirámides al mismo tiempo en que se triplica la celda unidad. Esos planos albergan arreglos triangulares magnéticos frustrados de momentos Mn a ~120°. Mientras que estos debajo de TN(Mn) ~79 K se ordenan antiferro, el orden magnético de la tierra rara solamente establece un complejo diagrama de fases magnético a TN(Er) < 6 K polarizando los momentos Mn a lo largo del eje c dentro del orden ferroeléctrico. Aquí presentamos medidas de absorción, reflectividad, y emisión de H-ErMnO3 desde energías en el rango THz hasta el infrarrojo medio. Entre 2 K y 15 K, y debajo de 200 cm-1, detectamos los modos M1 y M2 asociados con la dispersión de magnones de espines Mn,[2] y el nivel fundamental de Er3+(4b) y Er3+(2a), con replicas a 123.9 cm-1 y 165.9 cm-1, como singularidades sobre un fondo inducido por el campo magnético. Este se conjuga con una banda en reflectividad en el infrarrojo lejano asignada a excitaciones híbridas en un complejo intercambio de momentos 3d y 4f al que también podría sumarse la formación de paredes y dominios. Las excitaciones asociadas al Er3+ pueden ser seguidas hasta TC(ferro) ~830 K.Los fonones activos en el infrarrojo tienen una leve anomalía a aproximadamente TN(Mn) ~79 K. La banda vibracional a ~278 cm-1 (784 K ) correspondiente a movimientos del Mn y O fuera del plano se ablanda y apantalla casi totalmente al ingresar en la fase intermedia donde es asimilada a la libración torsional que da lugar a la expansión térmica negativa y la hidridización de los oxígenos con niveles del Er. Por otro lado, nuestros espectros de emisión en el infrarrojo medio muestran la existencia de bipolarones señalando que correlaciones de corto alcance están siempre presentes en H-ErMnO3. Interacciones mediadas por fonones identifican el rango ~278 cm-1 como instrumental en la formación de bipolarones.[3] Arriba de ~1200 K en la fase paraeléctrica el parámetro-fonón asociado con el bipolarón es un promedio involucrando vibraciones internas de la bipirámide. A temperaturas todavía más altas, ~1600 K, hay una transición metal-aislador con componente Drude débil denotando la inestabilidad de la red hacia descomposición. Concluimos que H-ErMnO3 puede ser considerado como un ferroeléctrico impropio con red c unidimensional incommensurada[4] donde ~1200 K es la temperatura TINC que señala el comienzo de la descommensuración y ~830 K es la lock-in al orden ferroeléctrico.[1] A. Barbour, A. Alatas, Y. Liu, C. Zhu, B. M. Leu et al, Phys Rev B 93, 054113 (2016).[2] L. Chaix, S. de Brion, S. Petit, B. Ballou et al, Phys. Rev. Let. 112, 137201 (2014).[3] D. Emin, Physics Today 35, 34 (1982), D. Emin , Phys. Rev. B 48, 13691 (1993).[4] H.Z. Cummins. Phys. Rep. 185, 211 (1990).

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