شکلی از مغناطیس که اخیراً به نام آلترمغناطیس پیشنهاد شده است می تواند در نهایت به محققان کمک کند تا حافظه رایانه را کوچکتر، سریعتر و کارآمدتر کنند. اکنون دانشمندان شواهدی پیدا کرده اند که نشان می دهد دی اکسید روتنیم، یک ماده کوانتومی که قبلا تصور می شد به شکل توده ای غیر مغناطیسی است، می تواند این رفتار مغناطیسی غیرمعمول را هنگامی که به عنوان یک فیلم فوق نازک با ضخامت چند لایه اتمی آماده شود، نشان دهد.
مینگ یی، فیزیکدان دانشگاه رایس، که با بهارات جالان از دانشگاه مینه سوتا و میلان رادوویچ از موسسه پل شرر کار می کند، این یافته ها را در پیشرفت علمی.
یی، دانشیار فیزیک و نجوم، می گوید: «دی اکسید روتنیم یکی از اولین موادی بود که به عنوان کاندیدای آلترمغناطیسی پیشنهاد شد، اما مطالعات روی شکل حجیم آن شواهدی از مغناطیس به دست نیاورد. از سوی دیگر، تحقیقات ما نشان می دهد که شکل فوق نازک آن ممکن است کلید مغناطیسی شدن آن باشد.
تشخیص مغناطیس با اسپین الکترون
برای بررسی وضعیت مغناطیسی دی اکسید روتنیوم فوق نازک، محققان بافت چرخشی آن را بررسی کردند. بافت اسپین توضیح می دهد که چگونه گشتاورهای مغناطیسی یک ماده – اسپین های الکترون های آن – در فضا چیده شده اند. این الگوها می توانند نشان دهند که آیا یک ماده مغناطیسی است یا خیر، و اگر چنین است، چه نوع مغناطیسی از خود نشان می دهد.
این تیم این الگوها را با استفاده از تکنیکی به نام طیف‌سنجی انتشار نوری با تفکیک زاویه‌ای اندازه‌گیری کردند.
یچن ژانگ، نویسنده اول مقاله و یکی از فارغ التحصیلان اخیر رایس، گفت: پس از تجزیه و تحلیل اندازه گیری های ما، از جمله اطلاع رسانی به تفسیر خود با محاسبات نظری، متوجه شدیم که تحت شرایط تجربی ما، دی اکسید روتنیم بافت های چرخشی مطابق با مغناطیس غیر متعارف را نشان می دهد. “این نشان می دهد که دی اکسید روتنیوم توده ای و فوق نازک، تحت شرایط مناسب، می تواند خواص مغناطیسی متفاوتی داشته باشد.”
ولتاژ اتمی می تواند به عنوان یک کنترل مغناطیسی عمل کند
محققان دریافتند که رفتار چرخش غیرمعمول تحت شرایط خاصی رخ می دهد. به طور خاص، ساختار الکترونیکی دی اکسید روتنیوم فوق نازک باید کرنش شبکه ای را تجربه کند، که بر ساختار اتمی ماده فشار وارد می کند.
بدون این ولتاژ، مانند شکل توده ای طبیعی مواد، اسپین های الکترون هیچ نشانه ای از مغناطیس مغناطیسی نشان نمی دهند.
ژانگ گفت: «ماهیت وابسته به ولتاژ نشان می دهد که ما ممکن است بتوانیم از ولتاژ شبکه به عنوان یک دکمه تنظیم برای القا یا کنترل آلترمغناطیس استفاده کنیم. این می تواند بسیار مفید باشد زیرا ما در مورد نسل بعدی اسپینترونیک و معماری RAM فکر می کنیم.
نتیجه این احتمال را افزایش می دهد که محققان می توانند عمداً کرنش شبکه را برای کنترل رفتار مغناطیسی در مواد الکترونیکی آینده تنظیم کنند. چنین کنترلی می تواند برای اسپینترونیک ارزشمند باشد، میدانی که از اسپین الکترون و همچنین بار الکتریکی برای پردازش و ذخیره اطلاعات و همچنین طراحی های جدید حافظه رایانه استفاده می کند.
یک بحث طولانی مدت در مورد دی اکسید روتنیوم
این یافته ها همچنین نشان می دهد که شناسایی و توصیف رفتار مواد کوانتومی چقدر می تواند دشوار باشد. دی اکسید روتنیوم در مرکز یک بحث علمی طولانی قرار گرفته است زیرا فیزیکدانان سعی کرده اند تعیین کنند که آیا شکل توده ای آن مغناطیسی است یا خیر. محققان در نهایت به اجماع رسیدند که دی اکسید روتنیوم حجیم خاصیت مغناطیسی ندارد.
کار جدید نشان می دهد که تغییر ابعاد یک ماده و قرار دادن ساختار اتمی آن تحت تنش می تواند منجر به رفتار بسیار متفاوتی شود.
یی گفت: «این کار نشان می دهد که این سؤالات چقدر می توانند پیچیده باشند. “آماده سازی با کیفیت بالا ماده و پروتکل اندازه گیری دقیق برای مشاهده ما از خواص اسپین الکترون بسیار مهم بود. نتایج به تجزیه و تحلیل دقیق توسط طیف سنجی انتشار عکس با وضوح زاویه ای جدا شده از اسپین نیاز داشت. از این طریق، ما قادر بودیم نه تنها تقارن حالت مغناطیسی، بلکه یک راه بالقوه برای دستکاری مواد کوانتومی در نسل بعدی را نیز تعیین کنیم.”
این کار توسط وزارت انرژی ایالات متحده (DE-SC0026179، DE-SC0020211، DE-SC0024710)، ابتکار EPiQS بنیاد گوردون و بتی مور (GBMF9470) و بنیاد رابرت آ. ولش (C-2175) تامین شده است.
