Uma equipe de pesquisa internacional do NIMS, da Universidade de Tóquio, do Instituto de Tecnologia de Kyoto e da Universidade de Tohoku mostrou que o filme ultrafino de dióxido de rutênio (RuO2) mostra magnetismo alternado. Esta propriedade define o que os cientistas consideram agora a terceira categoria básica de materiais magnéticos. Os ímãs alternados são de interesse crescente porque podem superar as principais limitações da tecnologia atual de armazenamento magnético e permitir um armazenamento de dados mais rápido e compacto.
Os pesquisadores também descobriram que as propriedades do RuO2 Os filmes finos podem ser melhorados controlando cuidadosamente a orientação da estrutura cristalina durante o processo de fabricação. Suas descobertas foram publicadas em comunicações da natureza.
Por que os cientistas estão procurando novos materiais magnéticos
Dióxido de Rutênio (RuO2) há muito é considerado um candidato promissor para o magnetismo alternado, uma forma de magnetismo recentemente proposta que difere dos tipos tradicionais. Os materiais ferromagnéticos padrão usados em dispositivos de armazenamento permitem que os dados sejam facilmente gravados usando campos magnéticos externos. No entanto, são suscetíveis à interferência de campos magnéticos dispersos, que podem causar erros e limitar a densidade na qual as informações podem ser armazenadas.
Os materiais antiferromagnéticos são mais resistentes à interferência magnética externa. O desafio é que seus spins magnéticos internos se cancelam, dificultando a leitura das informações armazenadas por meio de sinais elétricos. Portanto, os cientistas têm procurado materiais que combinem estabilidade magnética com legibilidade elétrica e, idealmente, a capacidade de serem regraváveis. Embora o ímã AC garanta esse equilíbrio, os resultados experimentais do RuO2 Isso varia muito em todo o mundo. O progresso também foi retardado pela dificuldade de produzir filmes de alta qualidade com orientação cristalina consistente.
Como a equipe verificou o heteromagnetismo
A equipe de pesquisa superou esses obstáculos e criou com sucesso o RuO2 Um filme fino com orientação de cristal único em um substrato de safira. Ao selecionar cuidadosamente o substrato e ajustar as condições de crescimento, eles foram capazes de controlar como a estrutura cristalina se formou.
Os pesquisadores usaram o dicroísmo linear magnético de raios X para mapear o alinhamento do spin e a ordem magnética no filme, confirmando que as magnetizações gerais (pólos NS) se cancelam. Eles também detectaram magnetoresistência spin-split, o que significa que a resistência muda dependendo da direção do spin. Este efeito fornece evidência elétrica da estrutura dos elétrons que dividem o spin.
Os resultados experimentais são consistentes com os cálculos dos primeiros princípios da anisotropia magnetocristalina, confirmando que RuO2 O filme realmente exibe magnetismo alternado (ver figura). Tomados em conjunto, estes resultados apoiam fortemente o potencial do RuO2 Filmes finos para dispositivos de memória magnética de alta velocidade e alta densidade da próxima geração.
Rumo a um armazenamento mais rápido e eficiente
Com base neste trabalho, a equipe planeja desenvolver tecnologia avançada de armazenamento magnético baseada em RuO2 filme. Esses dispositivos podem aproveitar a velocidade e a densidade naturais fornecidas pelos materiais magnéticos AC para suportar um processamento de informações mais rápido e com maior eficiência energética.
Espera-se também que o método de análise magnética baseado em síncrotron estabelecido durante o estudo ajude os pesquisadores a identificar e estudar outros materiais magnéticos cruzados. Esta abordagem poderia acelerar o progresso na spintrónica e abrir novos caminhos para futuros dispositivos eletrónicos.
Equipe de pesquisa e financiamento
O projeto é liderado por Wen Zhenchao (pesquisador sênior, Spintronics Group (SG), Center for Magnetic and Spintronic Materials Research (CMSM), NIMS), He Cong (pesquisador de pós-doutorado em SG, CMSM, NIMS no momento da pesquisa), Hiroaki Sukekawa (líder do grupo em SG, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (pesquisador-chefe, SG, CMSM, NIMS), Tadakatsu Ohkubo (vice-diretor no CMSM, NIMS), Jun Okabayashi (Professor Associado, Faculdade de Ciências, Universidade de Tóquio), Yoshio Miura (Professor, Instituto de Tecnologia de Kyoto) e Takeshi Seki (Professor, Universidade de Tohoku).
Este trabalho foi apoiado pelo JSPS Scientific Research Grant-in-Aid (números de concessão: 22H04966, 24H00408), a Iniciativa do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia para Estabelecer um Novo Centro de Circuito Integrado de Próxima Geração (X-NICS) (número de concessão: JPJ011438), o Programa GIMRT do Instituto de Materiais da Universidade de Tohoku e o Instituto de Pesquisa Elétrica e de Comunicações de Tohoku Projeto de Pesquisa Colaborativa.
A pesquisa foi publicada online na “Nature Communications” em 24 de setembro de 2025.
