Este estranho magnetismo pode alimentar a IA de amanhã

Os pesquisadores também descobriram que o desempenho do RuO₂ filmes finos podem ser melhorados controlando cuidadosamente como sua estrutura cristalina é orientada durante a fabricação. Suas descobertas foram publicadas 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 gravados facilmente usando campos magnéticos externos. No entanto, eles são vulneráveis ​​à interferência de campos magnéticos dispersos, que podem causar erros e limitar a densidade de armazenamento das informações.

Os materiais antiferromagnéticos oferecem uma resistência muito melhor a perturbações magnéticas externas. O desafio 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, a capacidade de serem reescritos. Embora os alterímãs prometam esse equilíbrio, os resultados experimentais para RuO₂ variaram amplamente em todo o mundo. O progresso também foi retardado pela dificuldade de produzir filmes finos de alta qualidade com orientação cristalográfica consistente.

Como a equipe verificou 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 mapearam o arranjo de spin e a ordem magnética nos filmes, confirmando que a magnetização geral (pólos NS) é cancelada. Eles também detectaram magnetorresistência spin-split, 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 corresponderam aos cálculos dos primeiros princípios da anisotropia magneto-cristalina, confirmando que o RuO₂ filmes finos realmente exibem altermagnetismo (ver 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 poderiam suportar um processamento de informações mais rápido e com maior eficiência energética, aproveitando a velocidade e a densidade naturais oferecidas pelos materiais altermagnéticos.

Espera-se também que os métodos de análise magnética baseados em síncrotron estabelecidos durante o estudo ajudem os pesquisadores a identificar e estudar outros materiais altermagnéticos. Esta abordagem poderia acelerar o progresso na spintrónica e abrir novos caminhos para futuros dispositivos eletrónicos.

Equipe de pesquisa e financiamento

Este projeto foi conduzido por um grupo de pesquisa liderado por Zhenchao Wen (pesquisador sênior, Spintronics Group (SG), Centro de Pesquisa de Materiais Magnéticos e Spintrônicos (CMSM), NIMS), Cong He (pesquisador de pós-doutorado, SG, CMSM, NIMS no momento da pesquisa), Hiroaki Sukegawa (Líder do Grupo, SG, CMSM, NIMS), Seiji Mitani (Pesquisador Gerente, SG, CMSM, NIMS), Tadakatsu Ohkubo (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).

O trabalho foi apoiado pelos JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research (números de concessão: 22H04966, 24H00408), a Iniciativa MEXT para Estabelecer Centros de Novos Circuitos Integrados de Próxima Geração (X-NICS) (número de concessão: JPJ011438), o Programa GIMRT do Instituto de Pesquisa de Materiais, Universidade de Tohoku, e os Projetos de Pesquisa Cooperativa do Instituto de Pesquisa de Comunicação Elétrica, Universidade Tohoku.

O estudo foi publicado online na Nature Communications em 24 de setembro de 2025.