Resumo:
O dióxido de rutênio, antes geralmente considerado uma substância não magnética pela comunidade científica, exibe um novo estado magnético anteriormente oculto quando é diluído até uma espessura de várias camadas atômicas e submetido a tensões. Uma equipe de pesquisa liderada por Ming Yi, físico da Universidade Rice, nos Estados Unidos, e composta pela Universidade de Minnesota e pelo Instituto Paul Scherr, na Suíça, publicou recentemente um estudo na revista acadêmica internacional Science Advances, confirmando pela primeira vez que os filmes ultrafinos de dióxido de rutênio exibem um comportamento emergente de "magnetismo alternado", abrindo novas maneiras de desenvolver dispositivos de armazenamento de computador de próxima geração, menores em tamanho e mais eficientes em termos energéticos.
O magnetismo alternado é um novo tipo de ímã proposto na comunidade da física teórica nos últimos anos, que combina as principais vantagens dos ferromagnetos e antiferromagnetos. Como um dos primeiros materiais quânticos teoricamente previstos como tendo propriedades magnéticas alternadas, o dióxido de rutênio (RuO2) tem sido controverso nos círculos acadêmicos. Vários experimentos anteriores mostraram que os materiais a granel de dióxido de rutênio não exibem qualquer magnetismo macroscópico detectável, e a comunidade científica certa vez formou um consenso de que seus materiais a granel não são magnéticos. No entanto, a equipa de investigação multinacional descobriu que a compressão das dimensões do material pode ser um interruptor chave na activação do seu potencial magnético.
Para explorar o comportamento magnético microscópico em escala atômica, os pesquisadores prepararam um filme ultrafino de dióxido de rutênio com uma espessura de apenas algumas camadas atômicas e usaram espectroscopia de fotoelétrons com resolução de ângulo e resolução de spin (Spin-ARPES) para medir com precisão a textura do spin do elétron. Os resultados experimentais são altamente consistentes com o modelo de cálculo teórico, mostrando claramente que o dióxido de rutênio testado exibe um arranjo de spin eletrônico consistente com características magnéticas não convencionais, indicando que sob condições externas específicas, o dióxido de rutênio ultrafino e a granel têm propriedades magnéticas completamente diferentes.
A análise experimental apontou que a deformação da rede (Lattice Strain) desempenhou um papel decisivo no surgimento deste estranho magnetismo. Quando um filme ultrafino é cultivado em um substrato específico, como o dióxido de titânio, a tensão na rede remodela sua estrutura eletrônica microscópica, induzindo um padrão de spin que é altamente consistente com o magnetismo alternado; este fenômeno magnético não existe mais quando a deformação é removida ou no estado de volume nativo. Yichen Zhang, o primeiro autor do estudo, disse que as características dependentes da deformação significam que se espera que a tensão da rede sirva como um "botão" regulatório para indução direcional e controle de estados magnéticos alternados, o que tem um importante valor de aplicação para o projeto de dispositivos spintrônicos de próxima geração e novas arquiteturas de memória de acesso aleatório (RAM).
Esta pesquisa não apenas avança os limites cognitivos da física básica de materiais quânticos, mas também fornece um paradigma experimental viável para o uso da engenharia de tensão epitaxial para controlar estados quânticos de baixa dimensão. Ao controlar com precisão o estresse mecânico em nanoescala, os pesquisadores poderão ser capazes de controlar com mais flexibilidade os graus de liberdade do spin do elétron no futuro, promovendo novos avanços na tecnologia de armazenamento de informações de baixa potência e ultra-alta densidade.
Comentários