Uma forma de magnetismo proposta recentemente, conhecida como ultramagnetismo, poderia eventualmente ajudar os pesquisadores a tornar as memórias dos computadores menores, mais rápidas e mais eficientes. Agora, os cientistas encontraram evidências de que o dióxido de rutênio, um material quântico anteriormente considerado não magnético em sua forma a granel, pode exibir um comportamento magnético incomum quando preparado como filmes ultrafinos com apenas algumas camadas atômicas de espessura.
O físico Ming Yi, da Rice University, trabalhando com Bharat Jalan, da Universidade de Minnesota, e Milan Radovic, do Instituto Paul Scherrer, relatou essas descobertas. avanço da ciência.
“O dióxido de rutênio foi um dos primeiros materiais a ser proposto como candidato magnético alternativo, mas estudos sobre sua forma não encontraram evidências de magnetismo”, disse Yi, professor associado de física e astronomia. “Nossa pesquisa sugere que sua forma ultrafina, por outro lado, pode ser importante para torná-la magnética.”
Detectando magnetismo através do spin do elétron
Para investigar o estado magnético do dióxido de rutênio ultrafino, os pesquisadores examinaram sua textura de spin. A textura de spin descreve como os momentos magnéticos de um material – os spins de seus elétrons – estão organizados no espaço. Esses padrões podem dizer se um material é magnético e, em caso afirmativo, que tipo de magnetismo ele exibe.
A equipe mediu esses padrões usando uma técnica chamada espectroscopia de fotoemissão com resolução de ângulo e resolução de spin.
“Depois de analisar as nossas medições, incluindo cálculos teóricos que informaram a nossa interpretação, descobrimos que, nas nossas condições experimentais, o dióxido de ruténio mostra texturas de spin consistentes com o magnetismo não convencional,” disse Yichen Zhang, primeiro autor do artigo e recém-formado pela Rice. “Isso mostra que o dióxido de rutênio a granel e ultrafino pode, nas condições certas, ter propriedades magnéticas marcadamente diferentes.”
A tensão nuclear pode atuar como um controle magnético
Os pesquisadores descobriram que o comportamento incomum do spin aparece sob condições específicas. Em particular, a estrutura eletrônica do dióxido de rutênio ultrafino teve que sofrer deformação reticular, o que exerce pressão sobre a estrutura atômica do material.
Sem essa tensão, como na forma natural do material, o spin do elétron não mostra sinais de magnetismo alternado.
“A natureza dependente da deformação sugere que podemos usar a deformação da rede como um botão de sintonia para induzir ou controlar a mudança do magnetismo”, disse Zhang. “Isso pode ser extremamente útil quando se pensa em spintrônica de próxima geração e arquiteturas de RAM.”
O resultado levanta a possibilidade de que os pesquisadores possam ajustar deliberadamente a tensão da rede para controlar o comportamento magnético em futuros materiais eletrônicos. Esse controle pode ser valioso para a spintrônica, um campo que utiliza o spin do elétron e também a carga elétrica para processar e armazenar informações, e também para novos projetos de memória de computador.
O longo debate sobre o dióxido de rutênio
As descobertas também destacam o quão difícil pode ser identificar e descrever o comportamento dos materiais quânticos. O dióxido de rutênio tem estado no centro de um longo debate científico enquanto os físicos tentavam determinar se a sua forma a granel era magnética. Os pesquisadores finalmente chegaram ao consenso de que o dióxido de rutênio a granel não exibe magnetismo.
O novo trabalho mostra que alterar as dimensões de um material e colocar sua estrutura atômica sob tensão pode produzir comportamentos muito diferentes.
“Este trabalho mostra quão complexas estas questões podem ser”, disse Yee. “A preparação de materiais de alta qualidade e protocolos de medição cuidadosos foram essenciais para nossa observação das propriedades corretas do spin do elétron. Os resultados exigiram uma análise cuidadosa da espectroscopia de fotoemissão com resolução de ângulo e resolução de spin. Com isso, fomos capazes não apenas de determinar a simetria do estado magnético, mas também uma maneira potencial de manipulá-lo em materiais quânticos de próxima geração. “
Este trabalho é apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DE-SC0026179, DE-SC0020211, DE-SC0024710), pela Iniciativa EPiQS da Fundação Gordon e Betty Moore (GBMF9470) e pelo Robert A. foi financiado pela Fundação Welch (C-2175).
