Ученые установили, что ультратонкие пленки диоксида рутения обладают свойствами альтермагнетиков — материала, который представляет собой третью основную категорию магнетизма. Это открытие имеет потенциал для создания более быстрых и компактных устройств хранения данных.
Современные технологии магнитной памяти сталкиваются с серьезными ограничениями. Традиционные ферромагнетики, на которых основаны жесткие диски и другие накопители, позволяют легко записывать данные с использованием внешних магнитных полей. Однако они подвержены внешним магнитным воздействиям, что приводит к ошибкам и ограничивает плотность хранения информации.
Антиферромагнетики имеют гораздо большую устойчивость к внешним помехам, но у них есть другая проблема: их внутренние магнитные спины взаимно компенсируются, из-за чего считывание записанной информации электрическими методами становится крайне сложным. Ученые долго искали материалы, которые могли бы сочетать магнитную стабильность антиферромагнетиков с возможностью электрического считывания и перезаписи. Именно такой баланс обещают альтермагнетики.
Диоксид рутения долго рассматривался как многообещающий кандидат на роль альтермагнетика, однако экспериментальные данные из различных лабораторий мира значительно различались. Главной проблемой было получение качественных тонких пленок с однородной кристаллической ориентацией.
Японским физикам удалось преодолеть это препятствие. Они вырастили пленки диоксида рутения с единой кристаллографической ориентацией на сапфировых подложках, тщательно подбирая условия роста. Затем с помощью рентгеновского магнитного линейного дихроизма специалисты картировали расположение спинов и магнитный порядок в пленках. Измерения подтвердили, что общая намагниченность материала равна нулю — северный и южный полюса взаимно компенсируются, как и должно быть у альтермагнетика.
Одновременно ученые зафиксировали спин-зависимое магнитосопротивление: электрическое сопротивление пленок изменялось в зависимости от направления спина электронов. Это стало электрическим подтверждением расщепленной по спинам электронной структуры — ключевой особенности альтермагнетиков, отличающей их от обычных антиферромагнетиков. Экспериментальные данные совпали с теоретическими расчетами, что окончательно подтвердило альтермагнитную природу материала.
Полученные результаты открывают путь к созданию магнитной памяти нового поколения — более быстрой, энергоэффективной и плотной. Разработанные методы синхротронного анализа также помогут находить и изучать другие альтермагнитные материалы, ускоряя развитие спинтроники и электроники будущего.
Фото: hi-tech.mail.ru