Descubren un nuevo tipo de magnetismo en un material ultradelgado que podría revolucionar la electrónica

Investigadores de la Universidad de Rice y otras instituciones, descubrieron una forma sorprendente de activar un tipo inusual de magnetismo en el óxido de rutenio, un material que en su forma natural no presenta propiedades magnéticas. Este fenómeno se evidenció al convertir el material en una película ultradelgada de solo unas pocas capas atómicas y al someterlo a tensión, lo que provocó que sus electrones desarrollaran patrones asociados con el altermagnetismo, un estado magnético recientemente propuesto con aplicaciones prometedoras en la electrónica avanzada.

El físico Ming Yi, de la Universidad de Rice, junto a Bharat Jalan de la Universidad de Minnesota y Milan Radovic del Instituto Paul Scherrer, publicaron sus hallazgos en la revista Science Advances. Yi destacó que, a pesar de que el óxido de rutenio fue uno de los primeros materiales propuestos como candidato a altermagnetismo, estudios previos sobre su forma a granel no habían mostrado evidencia de magnetismo. Sin embargo, su investigación sugiere que su forma ultradelgada podría ser la clave para que el material presente propiedades magnéticas.

Detectando el magnetismo a través de los giros electrónicos

Para investigar el estado magnético del óxido de rutenio ultradelgado, el equipo examinó su textura de giro, que describe cómo se organizan los momentos magnéticos del material, es decir, los giros de sus electrones, en el espacio. Estos patrones pueden revelar si un material es magnético y, de ser así, qué tipo de magnetismo exhibe. Los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopía de fotoemisión de ángulo-resuelto y con resolución de giro para medir estos patrones.

El comportamiento inusual del giro apareció bajo condiciones específicas. En particular, se encontró que la estructura electrónica del óxido de rutenio ultradelgado debía experimentar tensión de red, lo que ejerce presión sobre la estructura atómica del material. Sin esta tensión, como en su forma a granel natural, los giros electrónicos no mostraron signos de altermagnetismo.

El autor principal del estudio, Yichen Zhang, un reciente graduado de Rice, indicó que este comportamiento sugiere que el óxido de rutenio, tanto en su forma a granel como ultradelgada, podría tener propiedades magnéticas distintivas bajo las condiciones adecuadas. Zhang también mencionó que la naturaleza dependiente de la tensión sugiere que podría ser posible usar la tensión de red como un control para inducir o manipular el altermagnetismo, lo que podría ser extremadamente útil en el desarrollo de arquitecturas de spintrónica y RAM de próxima generación.

Los hallazgos destacan la complejidad de identificar y describir el comportamiento de materiales cuánticos. El óxido de rutenio ha sido objeto de un prolongado debate científico sobre si su forma a granel es magnética. Los investigadores finalmente llegaron a un consenso de que el óxido de rutenio a granel no presenta magnetismo, pero el nuevo trabajo sugiere que cambiar las dimensiones del material y someter su estructura atómica a tensión puede producir comportamientos muy diferentes.

Este trabajo, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Gordon y Betty Moore, entre otros, abre nuevas posibilidades para ajustar intencionadamente la tensión de red y controlar el comportamiento magnético en materiales electrónicos del futuro.