Un equipo de investigación internacional del NIMS, la Universidad de Tokio, el Instituto de Tecnología de Kioto y la Universidad de Tohoku ha demostrado que las películas ultrafinas de dióxido de rutenio (RuO)2) exhiben magnetización alterada. Esta propiedad define lo que los científicos reconocen ahora como la tercera categoría fundamental de materiales magnéticos. Los ultraimanes están generando un interés cada vez mayor porque pueden superar las limitaciones clave de la tecnología de memoria magnética actual y permitir un almacenamiento de datos más rápido y compacto.
Los investigadores también encontraron que el desempeño de Ruo2 Las películas delgadas se pueden mejorar controlando cuidadosamente cómo se orienta su estructura cristalina durante la fabricación. Sus hallazgos fueron publicados comunicación de la naturaleza.
Por qué los científicos buscan nuevos materiales magnéticos
Dióxido de rutenio (RuO2) ha sido considerado durante mucho tiempo un candidato prometedor para el ultramagnetismo, una forma de magnetismo propuesta recientemente que difiere de los tipos convencionales. Los materiales ferromagnéticos estándar utilizados en los dispositivos de memoria permiten escribir datos fácilmente mediante un campo magnético externo. Sin embargo, son vulnerables a la interferencia de campos magnéticos dispersos, que pueden provocar errores y limitar la densidad con la que se puede almacenar la información.
Los materiales antiferromagnéticos ofrecen una resistencia mucho mayor a las perturbaciones magnéticas externas. El desafío es que sus espines magnéticos internos se cancelan entre sí, lo que dificulta la lectura de la información almacenada mediante señales eléctricas. Como resultado, los científicos buscan materiales que combinen estabilidad magnética con legibilidad eléctrica e, idealmente, reescribibilidad. Aunque los ultraimanes prometen este equilibrio, los resultados experimentales del RuO2 ha variado mucho en todo el mundo. El progreso también se ha visto frenado por la dificultad de producir películas delgadas de alta calidad con una orientación cristalográfica consistente.
Cómo el equipo verificó el ultramagnetismo
El equipo de investigación superó con éxito estos obstáculos produciendo RuO2 Películas delgadas con orientación cristalográfica simple sobre sustratos de zafiro. Al seleccionar cuidadosamente el sustrato y ajustar las condiciones de crecimiento, pudieron controlar cómo se formó la estructura cristalina.
Utilizando dicroísmo lineal magnético de rayos X, los investigadores mapearon la disposición de los espines y el orden magnético en las películas, confirmando que la magnetización general (polo nS) se cancelaba. También identificaron la magnetorresistencia de división del espín, lo que significa que la resistencia eléctrica cambia según la dirección del espín. Este efecto proporcionó evidencia eléctrica de una estructura electrónica con división de espín.
Los resultados experimentales están de acuerdo con los cálculos de primeros principios de anisotropía magnetocristalina, que confirman que RuO2 Las películas delgadas exhiben verdadero magnetismo (ver figura). En conjunto, estos resultados respaldan firmemente la viabilidad de RuO2 Películas delgadas para dispositivos de memoria magnética de alta densidad y alta velocidad de próxima generación.
Hacia dispositivos de memoria más rápidos y eficientes
A partir de este trabajo, el equipo planea desarrollar una tecnología avanzada de memoria magnética basada en RuO.2 película delgada Estos dispositivos pueden soportar un procesamiento de datos más rápido y con mayor eficiencia energética aprovechando la velocidad y densidad naturales proporcionadas por los materiales ultramagnéticos.
Se espera que los métodos de análisis magnético basados en sincrotrón establecidos durante la investigación ayuden a los investigadores a identificar y estudiar otros elementos ultramagnéticos. Este enfoque podría acelerar el progreso en la espintrónica y abrir nuevas vías para futuros dispositivos electrónicos.
Equipo de investigación y financiación.
Este proyecto fue realizado por un grupo de investigación dirigido por Zhenchao Wen (Investigador senior, Spintronics Group (SG), Centro de investigación de materiales magnéticos y espintrónicos (CMSM), NIMS), Cong He (Investigador postdoctoral, SG, CMSM, NIMS), Hiroaki Sukegawa (Grupo LESMNI, SECMNI, SECMS). (Investigador de Gestión, SG, CMSM, NIMS), Tadakatsu Ohkubo (Director Adjunto, CMSM, NIMS), Jun Okabayashi (Profesor Asociado, Facultad de Ciencias, Universidad de Tokio), Yoshio Miura (Profesor, Instituto de Tecnología de Kioto) y Takeshi Seki (Profesor, Univ.).
El trabajo fue apoyado por la subvención JSPS para investigación científica (n.º de subvención: 22H04966, 24H00408), el centro de circuitos integrados novedosos de próxima generación (X-NICS) (n.º de subvención: Universidad JPJ011438, Instituto de Matriculación, Instituto de Investigación, Instituto para Establecer la Iniciativa MEXT). y el Proyecto de Investigación Cooperativa del Instituto de Investigación de Comunicaciones Eléctricas de la Universidad de Tohoku.
El estudio fue publicado en línea el 24 de septiembre de 2025 en Nature Communications.
