Ученые обнаружили признаки необычного магнетизма в сверхтонких пленках диоксида рутения. Ранее этот квантовый материал в объемной форме считался немагнитным. Новое свойство может быть полезно при создании более компактной, быстрой и энергоэффективной компьютерной памяти.
Исследование провели физик Университета Райса Мин И совместно с Бхаратом Джаланом из Университета Миннесоты и Миланом Радовичем из Института Пауля Шеррера. Специалисты изучили расположение спинов электронов, которое позволяет определить наличие и тип магнитного состояния материала. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Для измерений ученые применили спектроскопию с угловым и спиновым разрешением. Анализ данных и теоретические расчеты показали, что в условиях эксперимента сверхтонкий диоксид рутения демонстрирует спиновые структуры, соответствующие нетрадиционному магнетизму. Это указывает на существенное различие магнитных свойств объемного материала и пленки толщиной в несколько атомных слоев.
Необычное поведение проявилось при деформации кристаллической решетки материала. Такое напряжение меняет электронную структуру сверхтонкой пленки диоксида рутения. Без деформации, как в естественной объемной форме вещества, признаков альтермагнетизма у спинов электронов не выявили.
Авторы полагают, что деформацию решетки можно использовать для управления магнитными свойствами подобных материалов. Это может иметь значение для спинтроники, где для обработки и хранения данных применяются не только электрический заряд, но и спин электронов. Также такой подход может быть востребован при разработке новых архитектур оперативной памяти.
Диоксид рутения долгое время оставался предметом научных дискуссий о наличии магнетизма в его объемной форме. В итоге исследователи пришли к выводу, что объемный материал магнитных свойств не проявляет. Новая работа показывает, что изменение размеров вещества и деформация его атомной структуры способны заметно менять его поведение.