Команда исследователей из Национального института материаловедения (NIMS), Токийского университета, Киотского технологического института и Университета Тохоку продемонстрировала, что тонкие пленки диоксида рутения (RuO₂) проявляют альтермагнетизм. Это недавно признанный тип магнетизма, отличный от привычных ферромагнетизма и антиферромагнетизма.
Магнитные материалы необходимы в устройствах памяти. Ферромагнетики облегчают запись данных, но чувствительны к блуждающим магнитным полям, что может вызывать ошибки по мере уменьшения размеров и уплотнения устройств. Антиферромагнетики более устойчивы к помехам, но их спиновая структура компенсируется, что затрудняет электрическое считывание сохраненной информации. Альтермагнетики предлагают компромисс. Они не имеют суммарной намагниченности, как антиферромагнетики, но при этом позволяют электрически считывать спиновые свойства. Как отмечают исследователи, «альтермагнетизм открывает заманчивые возможности для спинтронных устройств благодаря уникальному сочетанию сильного спинового расщепления и нулевой суммарной намагниченности».
Спинтронные устройства используют спин электронов наряду с их зарядом для обработки и хранения информации способами, превосходящими возможности традиционной электроники. Используя спиновые состояния, они обеспечивают более высокую скорость переключения, меньшее энергопотребление и энергонезависимую память, сохраняющую данные без постоянного питания. Это делает их высокоэффективными, долговечными и масштабируемыми для современных приложений. Их устойчивость к излучению и температурным колебаниям дополнительно повышает надежность, в то время как такие технологии, как магниторезистивная оперативная память (MRAM), демонстрируют их потенциал для революционизации вычислений и хранения данных, например, в памяти, HDD и SSD.
Новая технология может стать решением для корпораций, стремящихся к высочайшей производительности ИИ, что потенциально может ослабить текущий кризис среди существующих продуктов.
Одной из главных проблем было получение высококачественных образцов. В этом исследовании команде удалось изготовить тонкие пленки RuO₂(101) одного варианта с полностью эпитаксиальным ростом на подложках Al₂O₃(1̅02) r-плоскости. Это означает, что атомная решетка пленки была выровнена в одном направлении, а не хаотично. Совпадение расположения атомов кислорода на поверхностях RuO₂(101)[010] и Al₂O₃(1̅02)[11̅0] имело решающее значение для этого выравнивания. Результат был подтвержден с помощью детальных структурных проверок с использованием рентгеновской дифракции, атомно-разрешающей просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновского магнитного линейного дихроизма.
Такая тщательная ориентация сделала магнитное поведение очевидным. Команда напрямую наблюдала взаимное погашение магнитных полюсов и измерила спиново-расщепленный магнитосопротивление, при котором электрическое сопротивление изменяется в зависимости от ориентации спина. Они также протестировали бислои RuO₂(101)/CoFeB и обнаружили, что однонаправленный рост сильно влияет на спиновой транспорт.
Чтобы объяснить важность ориентации, исследователи сравнили это с укладкой плитки на полу. Если плитки уложены под случайными углами, закономерности трудно увидеть. Если они выровнены в одном направлении, структура становится очевидной. Аналогичным образом, выравнивание кристаллографических осей RuO₂ выявило его основные магнитные свойства.
«Эти результаты показывают, что контроль кристаллографической ориентации является ключом к выявлению и использованию альтермагнетизма в тонких пленках RuO₂», — заявил один из членов исследовательской группы. «Этот подход позволяет нам связать теоретические предсказания с экспериментальными наблюдениями».
Полученные данные совпали с расчетами теории функционала плотности, основанными на первых принципах, что укрепило уверенность в интерпретации. Продемонстрировав пленки RuO₂(101) одного варианта, команда сделала значительный шаг вперед в изучении альтермагнетизма.
В дальнейшем они планируют изучить устройства памяти, использующие тонкие пленки RuO₂ для более быстрой и эффективной обработки информации. Разработанные здесь методы магнитного анализа на основе синхротронного излучения также могут быть применены к другим потенциальным альтермагнитным материалам, открывая путь для более широкого прогресса в спинтронике.
Источник: Tohoku University, Nature
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях освещения новостей. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
