Учените вероятно са открили начин да активират скрита форма на магнетизъм, която може да помогне за промяната на бъдещето на компютърната памет. Наскоро предложената форма на магнетизъм, известна като алтермагнетизъм потенциално ще може да направи компютърната памет по-малка, по-бърза и по-ефективна. Сега изследователите са открили доказателства, че рутениевият диоксид – квантов материал, който по-рано се смяташе за немагнитен в обемна форма може да проявява това необичайно магнитно поведение, когато се създаде под формата на ултратънък слой с дебелина само няколко атомни слоя.

Откриване на магнетизъм чрез спиновете на електроните

За да изследват магнитното състояние на ултратънкия рутениев диоксид, изследователите проучиха неговата спинова структура. Спиновата структура описва как магнитните моменти на материала (спиновете на неговите електрони) са разположени в пространството. Тези закономерности могат да покажат дали материалът е магнитен и, ако да – какъв точно вид магнетизъм проявява.

Екипът измери тези закономерности с помощта на метод, наречен спиново-разрешена фотоемисионна спектроскопия с ъглова разделителна способност.

„След като анализирахме нашите измервания, включително интерпретацията им чрез теоретични изчисления, открихме, че при нашите експериментални условия рутениевият диоксид демонстрира спинови структури, съответстващи на нетрадиционен магнетизъм. Това позволява да се предположи, че обемният и ултратънкият рутениев диоксид при подходящи условия могат да имат напълно различни магнитни свойства.“

заяви Ичен Чжан, първи автор на статията и неотдавнашен възпитаник на Университета „Райс“ Атомното напрежение може да действа като магнитен контрол

Изследователите откриха, че необичайното спиново поведение се проявява при определени условия. По-конкретно, електронната структура на ултратънкия рутениев диоксид трябваше да претърпи деформация на решетката, която оказва натиск върху атомната структура на материала. Без тази деформация, както при естествената обемна форма на материала, електронните спинове не показваха признаци на алтермагнетизъм.

„Зависимостта от деформацията ни позволява да предположим, че можем да използваме деформацията на решетката като регулатор за индуциране или контрол на алтермагнетизма. Това може да бъде изключително полезно при разработването на спинова електроника и архитектури на оперативна памет от следващо поколение“.

каза Чжан

Резултатът отваря възможност изследователите да могат целенасочено да регулират деформацията на решетката, за да управляват магнитното поведение в бъдещите електронни материали. Такъв контрол може да се окаже ценен за спинтрониката – област, която използва спина на електрона, както и електрическия заряд за обработка и съхранение на информация и за нови конструкции на компютърна памет.

Дългогодишният спор относно рутениевия диоксид

Резултатите също така подчертават колко сложно може да бъде да се идентифицира и опише поведението на квантовите материали. Рутениевият диоксид беше в центъра на продължителен научен спор, тъй като физиците се опитваха да определят дали неговата обемна форма е магнитна. В крайна сметка изследователите стигнаха до консенсус, че обемният рутениев диоксид не проявява магнетизъм. Новото изследване предполага, че промяната в размерите на материала и създаването на деформация в неговата атомна структура може да доведе до напълно различно поведение.