Американские и швейцарские физики обнаружили: ультратонкий диоксид рутения проявляет альтермагнитные свойства. Science Advances опубликовал работу. Об этом пишет Science XXI.
Руководил проектом Мин И, физик из Университета Райса. Вместе с ним исследование вели Бхарат Джалан из Миннесотского университета и Милан Радович из Института Пауля Шеррера. Диоксид рутения одним из первых предложили как кандидат в альтермагнетики. Однако опыты с объемным материалом не подтвердили у него магнетизма. По словам Мин И, именно ультратонкая форма может стать ключом к магнитному поведению.
Чтобы проверить магнитное поведение, специалисты изучили распределение спинов в ультратонком диоксиде рутения. Термин «спиновая текстура» означает распределение магнитных моментов электронов в материале. Измерения проводили методом спин-разрешенной фотоэлектронной спектроскопии. Угловое разрешение давало детальные данные об электронной и магнитной структуре. Первый автор работы Ичэнь Чжан, недавний выпускник Университета Райса, отметил: после анализа измерений и теоретических расчетов выяснилось, что в данных условиях диоксид рутения демонстрирует спиновые картины, отвечающие нетрадиционному магнетизму. Значит, объемная и ультратонкая формы могут вести себя по-разному.
Ключевую роль сыграла деформация кристаллической решетки, влияющая на электронную структуру тонкой пленки. В таких напряженных условиях материал формировал спиновые узоры, напоминающие альтермагнитные. Если деформации не было, включая природную объемную форму, такого поведения не возникало. Чжан пояснил: зависимость от деформации позволяет использовать напряжение решетки как инструмент настройки для создания или управления альтермагнетизмом. Это может быть полезно для спинтроники и архитектур оперативной памяти следующего поколения.
Полученные результаты также показывают, насколько сложно определять свойства квантовых материалов. Долгое время среди ученых не было согласия, магнитна ли объемная форма диоксида рутения. В конце концов ученые согласились, что магнетизма в ней нет. Новые данные позволяют предположить: картина меняется, когда тот же материал сокращают до нескольких атомных слоев и помещают в тщательно контролируемые условия. Мин И добавил, что такие вопросы могут быть очень сложными. Он отметил, что для верного наблюдения спиновых свойств электронов решающее значение имели тщательная подготовка образца и строгий протокол измерений.
Финансовую поддержку оказали Министерство энергетики США, инициатива EPiQS Фонда Гордона и Бетти Мур, а также Фонд Роберта А. Уэлча. При условии, что исследователи смогут надежно управлять магнитным состоянием через деформацию, ультратонкие квантовые материалы откроют новые методы манипуляции спинами электронов в памяти и спинтронных технологиях.