Обнаружено новое магнитное состояние, указывающее на возможность более плотного и надежного хранения данных
Исследователи в Японии экспериментально подтвердили существование редкого магнитного состояния — альтермагнетизма — в тонких плёнках диоксида рутения (RuO₂). Это открытие, сделанное совместной группой учёных из Национального института материаловедения (NIMS), Токийского университета, Технологического института Киото и Университета Тохоку, может указать путь к созданию более быстрых, плотных и надёжных систем хранения данных.
Альтермагнетизм представляет собой фундаментальный, третий класс магнетизма, отличный от ферро- и антиферромагнетизма. Подобно антиферромагнетикам, альтермагнетики не обладают результирующей намагниченностью, что делает их устойчивыми к внешним магнитным полям и перспективными для миниатюризации устройств. При этом они, как и ферромагнетики, позволяют электрически считывать информацию о спиновом состоянии, что решает ключевую проблему антиферромагнитной памяти.
Материал RuO₂ теоретически предсказывался как кандидат в альтермагнетики, однако экспериментальные доказательства были неубедительными из-за трудностей в получении образцов высокого качества. В данном исследовании учёные вырастили тонкие плёнки RuO₂ на сапфировых подложках, добившись строго определённой кристаллографической ориентации атомной решётки. Эта точная инженерная настройка, аналогичная аккуратной укладке плитки для выявления чёткого узора, позволила проявить скрытый магнитный порядок.
Используя метод рентгеновского магнитного линейного дихроизма, команда непосредственно отобразила спиновую структуру в плёнках и подтвердила взаимную компенсацию магнитных моментов. Параллельно были зафиксированы явления спиново-зависимого магнитосопротивления — электрические сигналы, которые служат ключевым доказательством спиново-расщеплённой электронной структуры, характерной для альтермагнетизма. Экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами расчётов из первых принципов.
Открытие позиционирует тонкие плёнки RuO₂ как практичную платформу для изучения альтермагнетизма и его прикладного потенциала. Поскольку RuO₂ уже совместим с существующими технологиями изготовления тонких плёнок, переход от лабораторных экспериментов к прототипам устройств может быть относительно быстрым. Исследователи планируют изучить возможности создания на этой основе компонентов памяти для высокоскоростной и высокоплотной обработки информации. Разработанные методы магнитного анализа также могут быть применены к другим материалам-кандидатам, ускоряя прогресс в области спинтроники.
Результаты работы в журнале Nature Communications.