Oksit rutenyum uzun süredir fizikçileri şaşırtıyor. Normal, kütle halinde malzeme kesinlikle manyetik değil — onlarca yıllık deneylerle çözülmüş bir soru. Ancak Rice Üniversitesi ve Minnesota Üniversitesi'nden yeni bir çalışma, oksit rutenyumun yalnızca birkaç atom katmanı kalınlığında ultra ince bir film olarak hazırlandığında beklenmedik bir şeyin olduğunu gösteriyor: Manyetik hale geliyor.
Herhangi bir manyetizma değil, altermanyetizm — electron spinlerinin hepsinin aynı yönde baktığı ferromanyetizm (tüm spinler aynı yöne baktığında) ile birbirini iptal eden antiferromanyetizm arasında düşen, son zamanlarda önerilen manyetizmanın üçüncü sınıfı. 2019'da ilk kez teorize edilen ve 2024'te deneysel olarak gösterilen altermanyetizm, her ikisinin özelliklerini birleştirir ve bugün mevcut olan her şeyden daha küçük, daha hızlı ve daha enerji verimli bilgisayar hafızası sağlaması potansiyeli taşır.
Bulgular 27 Ağustos'ta Science Advances'da yayınlandı ve Rice Üniversitesi'nde fizik yardımcı doçenti Ming Yi, Minnesota Üniversitesi'nden Bharat Jalan ve Paul Scherrer Enstitüsü'nden Milan Radovic tarafından yönetildi.
Ekip, spin çözünürlüklü açı çözünürlüklü fotoemisyon spektroskopisi adı verilen bir teknikle oksit rutenyumun 'spin dokusunu' — elektronik manyetik momentlerin mekansal düzenini — inceledi. Buldukları şey, altermanyetizm ile uyumlu bir desendi: Bu malzemede daha önce hiç gözlenmemiş alışılmadık bir manyetik durum.
Anahtar bileşen gerilimdi. Ultra ince oksit rutenyum filmi, atomik kafesini sıkıştıran veya uzatan koşullar altında yetiştirildiğinde, malzemenin elektronları altermanyetizm için karakteristik olan desenler geliştirdi. Bu gerilim olmadan, spinler manyetik bir düzen göstermedi — bu, yalnızca kalınlığın değil, gerilimin de geçişi kontrol ettiğini doğruladı.
"Gerginliğe bağlı doğa, ızgara gerilimini altermanyetizmi indüksiyon veya kontrol etmek için bir ayarlama düğmesi olarak kullanabileceğimizi gösteriyor" dedi. "Bu, bir sonraki nesil spintronik ve RAM mimarileri düşünüldüğünde son derece faydalı olabilir."
Sonuç önemlidir çünkü altermanyetizm, güvenilir bir şekilde kontrol edilebilirse, hem daha yoğun hem de daha hızlı olan manyetik bellek teknolojileri için bir temel sağlayabilir. Spintronik cihazlar — bilgileri işlemek ve depolamak için elektronik hem de elektriksel yükü kullanan — hassas bir şekilde açılıp kapatılabilen manyetik özelliklere sahip malzemelerden faydalanabilir.
Ayrıca çalışma, oksit rutenyumun manyetik karakteri hakkındaki uzun süredir devam eden tartışmayı da çözüyor. Yıllarca süren çelişkili deneysel sonuçların ardından, bilim topluluğu kütle formunun manyetik olmadığı konusunda uzlaşmaya varmıştı. Bu yeni araştırma, boyutsal küçülme ve gerilimin bir malzemenin manyetik kimliğini temelde değiştirebileceğini gösteriyor — bu ders muhtemelen diğer kuantum malzemeleri için de geçerli olabilir.
Araştırma, ABD Enerji Bakanlığı, Gordon ve Betty Moore Vakfı'nın EPiQS Girişimi ve Robert A. Welch Vakfı tarafından finanse edildi.
