Uma equipe de pesquisadores internacionais da NIMS, da Universidade de Tóquio, do Instituto de Tecnologia de Quioto e da Universidade de Tohoku demonstrou que filmes ultrafinos de dióxido de rênio (RuO2) exibem altermagnetismo. Essa propriedade define o que os cientistas reconhecem agora como uma terceira categoria fundamental de materiais magnéticos. Os altermagnéticos estão atraindo um
Uma equipe de pesquisadores internacionais da NIMS, da Universidade de Tóquio, do Instituto de Tecnologia de Quioto e da Universidade de Tohoku demonstrou que filmes ultrafinos de dióxido de rênio (RuO2) exibem altermagnetismo. Essa propriedade define o que os cientistas reconhecem agora como uma terceira categoria fundamental de materiais magnéticos. Os altermagnéticos estão atraindo um interesse crescente, pois podem superar as limitações essenciais das tecnologias de memória magnética atuais e permitir um armazenamento de dados mais rápido e compacto.
Improving the Performance of RuO2 Thin Films
Os pesquisadores também descobriram que o desempenho dos filmes finos de RuO2 pode ser melhorado controlando cuidadosamente como a estrutura cristalina é orientada durante a fabricação. Os resultados dessa pesquisa foram publicados na Nature Communications.
Por que os cientistas estão em busca de novos materiais magnéticos
O dióxido de rênio (RuO2) foi considerado um candidato promissor para o altermagnetismo, uma forma de magnetismo recentemente proposta que difere dos tipos convencionais. Materiais ferromagnéticos padrão usados em dispositivos de memória permitem que os dados sejam escritos 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 informações que podem ser armazenadas.
Materiais antiferromagnéticos oferecem uma resistência muito melhor a distúrbios magnéticos externos. O desafio é que seus spins magnéticos internos se cancelam, dificultando a leitura das informações armazenadas usando 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 altermagnéticos 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 uma orientação cristalográfica consistente.
Como a equipe verificou o altermagnetismo
A equipe de pesquisa superou esses obstáculos criando com sucesso filmes finos de RuO2 com uma única orientação cristalográfica em substratos de safira. Ao escolher cuidadosamente o substrato e ajustar as condições de crescimento, eles conseguiram controlar como a estrutura cristalina se formou.
Utilizando a dicroísmo magnético linear por raios-X, os pesquisadores mapearam o arranjo dos spins e a ordem magnética nos filmes, confirmando que a magnetização geral (pólos N-S) se cancela. Eles também detectaram magnetorresistência dividida por spins, o que significa que a resistência elétrica muda dependendo da direção do spin. Esse efeito forneceu evidências elétricas de uma estrutura eletrônica dividida por spins.
Os resultados experimentais corresponderam a cálculos de primeiro princípio de anisotropia magneto-cristalina, confirmando que os filmes finos de RuO2 realmente exibem altermagnetismo. Juntas, essas descobertas apoiam fortemente o potencial dos filmes finos de RuO2 para dispositivos de memória magnética de próxima geração, high-speed e alta densidade.
Rumo a dispositivos de memória mais rápidos e eficientes
Com base nesse trabalho, a equipe planeja desenvolver tecnologias avançadas de memória magnética com base em filmes finos de RuO2. Esses dispositivos poderiam suportar um processamento de informações mais rápido e energeticamente eficiente, aproveitando a velocidade e a densidade natural oferecidas pelos materiais altermagnéticos.
Os métodos de análise magnética baseados em sincrotrons estabelecidos durante o estudo também devem ajudar os pesquisadores a identificar e estudar outros materiais altermagnéticos. Essa abordagem pode acelerar o progresso na spintrônica e abrir novos caminhos para futuros dispositivos eletrônicos.
Equipe de pesquisa e financiamento
Este projeto foi realizado por um grupo de pesquisa liderado por Zhenchao Wen (Pesquisador Sênior, Grupo de Spintrônica (SG), Centro de Pesquisa de Materiais Magnéticos e Spintrônicos (CMSM), NIMS), Cong He (Pesquisador Pós-doutoral, SG, CMSM, NIMS na época 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 Quioto) e Takeshi Seki (Professor, Universidade de Tohoku).
O trabalho foi apoiado pelas Subvenções de Pesquisa Científica JSPS (números de subvenção: 22H04966, 24H00408), pela Iniciativa MEXT para Estabelecer Centros de Circuitos Integrados Novos de Próxima Geração (X-NICS) (número de subvenção: JPJ011438), pelo Programa GIMRT do Instituto de Pesquisa de Materiais, Universidade de Tohoku, e pelos Projetos de Pesquisa Cooperativa do Instituto de Pesquisa de Comunicação Elétrica, Universidade de Tohoku.
O estudo foi publicado online na Nature Communications em 24 de setembro de 2025.
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