Uma equipe de pesquisa internacional do NIMS, da Universidade de Tóquio, do Instituto de Tecnologia de Kyoto e da Universidade de Tohoku mostrou que filmes ultrafinos de dióxido de rutênio (RuO2) manifestação do altermagnetismo. Esta propriedade define o que os cientistas reconhecem agora como a terceira categoria fundamental de materiais magnéticos. Os alterímãs estão atraindo cada vez mais interesse porque podem superar as principais limitações das atuais tecnologias de memória magnética e fornecer armazenamento de dados mais rápido e compacto.
Os pesquisadores também descobriram que o desempenho do RuO2 filmes finos podem ser melhorados controlando cuidadosamente a orientação de sua estrutura cristalina durante a fabricação. Seus resultados foram publicados em Comunicações da natureza.
Por que os cientistas estão procurando novos materiais magnéticos
Dióxido de rutênio (RuO2) há muito é considerado um candidato promissor ao altermagnetismo, uma forma de magnetismo recentemente proposta que difere dos tipos convencionais. Os materiais ferromagnéticos padrão usados em dispositivos de memória permitem que os dados sejam facilmente gravados usando campos magnéticos externos. No entanto, são vulneráveis à interferência de campos magnéticos dispersos, que podem causar erros e limitar a densidade de armazenamento de informações.
Os materiais antiferromagnéticos proporcionam uma resistência muito melhor à interferência magnética externa. O problema é que seus spins magnéticos internos se cancelam, dificultando a leitura das informações armazenadas por meio de sinais elétricos. Como resultado, os cientistas têm procurado materiais que combinem estabilidade magnética com legibilidade elétrica e, idealmente, regravabilidade. Embora os alterímãs prometam esse equilíbrio, os resultados experimentais para RuO2 variou muito em todo o mundo. O progresso também está sendo retardado pela dificuldade de produzir filmes finos de alta qualidade com orientação cristalográfica consistente.
Como a equipe confirmou o altermagnetismo
A equipe de pesquisa superou esses obstáculos criando com sucesso RuO2 filmes finos com orientação cristalográfica única em substratos de safira. Ao escolher cuidadosamente o substrato e ajustar as condições de crescimento, eles foram capazes de controlar como a estrutura cristalina se formava.
Usando dicroísmo linear magnético de raios X, os pesquisadores criaram imagens do arranjo de spin e da ordem magnética nos filmes, confirmando que a magnetização geral (pólos NS) é compensada. Eles também descobriram a magnetorresistência do spin, o que significa que a resistência elétrica muda dependendo da direção do spin. Este efeito forneceu evidência elétrica de uma estrutura eletrônica spin-split.
Os resultados experimentais concordam com os cálculos do primeiro princípio da anisotropia do cristal magnético, confirmando que RuO2 filmes finos exibem altermagnetismo (veja a figura). Juntas, essas descobertas apoiam fortemente o potencial do RuO2 filmes finos para dispositivos de memória magnética de alta velocidade e alta densidade da próxima geração.
Rumo a dispositivos de memória mais rápidos e eficientes
Com base neste trabalho, a equipe planeja desenvolver tecnologias avançadas de memória magnética baseadas em RuO2 filmes finos. Esses dispositivos podem suportar processamento de informações mais rápido e com maior eficiência energética, aproveitando a velocidade e a densidade naturais fornecidas por materiais alternativos.
Espera-se também que as técnicas de análise magnética baseadas em síncrotron desenvolvidas durante o estudo ajudem os pesquisadores a identificar e estudar outros materiais altermagnéticos. Esta abordagem poderia acelerar o progresso na spintrônica e abrir novos caminhos para futuros dispositivos eletrônicos.
Equipe de pesquisa e financiamento
Este projeto foi conduzido por um grupo de pesquisa liderado por Zhenchao Wen (Cientista Sênior, Grupo Spintrônico (SG), Centro de Pesquisa de Materiais Magnéticos e Spintrônicos (CMSM), NIMS), Kong He (estudante de doutorado, SG, CMSM, NIMS na época do estudo), Hiroaki Sukegawa (Líder do Grupo, SG, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (Cientista Sênior, SG, CMSM, NIMS), Tadakatsu Okubo (Diretor Adjunto, CMSM, NIMS), Jun Okabayashi (Professor Associado, Escola de Ciências, Universidade de Tóquio), Yoshio Miura (Professor, Instituto de Tecnologia de Kyoto) e Takeshi Seki (Professor, Universidade de Tohoku).
Este trabalho foi apoiado por JSPS Grants for Scientific Research (números de concessão: 22H04966, 24H00408), a iniciativa MEXT New Generation Center for Integrated Circuits (X-NICS) (número de concessão: JPJ011438), o programa GIMRT do Institute of Materials Research, Tohoku University, e os Projetos de Pesquisa Conjuntos do Research Institute of Telecommunications, Univ. Tohoku.
O estudo foi publicado online na Nature Communications em 24 de setembro de 2025.
