Το διοξείδιο του ρουθηνίου (RuO2) αποτελεί ένα σημαντικό μεταλλικό οξείδιο με εφαρμογές ως αγώγιμο υλικό, κβαντικό υλικό και ηλεκτροκαταλύτης στη βιομηχανία. Μέχρι σήμερα θεωρούνταν γενικά μη μαγνητικό στη μαζική του μορφή, αν και υπήρχαν αντικρουόμενα ευρήματα για τις μαγνητικές του ιδιότητες.
Νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Science Advances», δείχνει ότι όταν το υλικό διαμορφώνεται σε εξαιρετικά λεπτά στρώματα και υποβάλλεται σε μηχανική καταπόνηση του κρυσταλλικού του πλέγματος, μπορεί να εμφανίσει ενδείξεις μαγνητικής συμπεριφοράς.
Πείραμα σε υπέρλεπτα υμένια
Οι ερευνητές κατασκεύασαν υμένια διοξειδίου του ρουθηνίου πάχους μόλις δύο νανομέτρων πάνω σε υποστρώματα διοξειδίου του τιτανίου, διατηρώντας το κρυσταλλικό πλέγμα υπό ελεγχόμενη καταπόνηση. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν προηγμένες τεχνικές φωτοεκπομπής για να μετρήσουν την ενέργεια, την ορμή και το σπιν των ηλεκτρονίων, ενώ συμπληρωματικές μετρήσεις με ακτίνες Χ και οπτικές μεθόδους επιβεβαίωσαν τη δομή των υμενίων.
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ένα ασυνήθιστο μοτίβο προσανατολισμού του σπιν των ηλεκτρονίων, το οποίο δεν μπορούσε να αποδοθεί ούτε στη μη μαγνητική δομή του υλικού ούτε σε πειραματικά σφάλματα.
Προοπτικές για τη σπιντρονική
Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η μηχανική καταπόνηση μπορεί να λειτουργήσει ως μέσο ελέγχου των μαγνητικών ιδιοτήτων του υλικού. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το φαινόμενο είναι συμβατό είτε με ασθενή σιδηρομαγνητισμό είτε με τον λεγόμενο εναλλακτικό μαγνητισμό, μια νέα κατηγορία μαγνητικής τάξης που προσελκύει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον.
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία περίπου 15 Kelvin, επομένως δεν είναι ακόμη γνωστό αν η ίδια συμπεριφορά εμφανίζεται και σε θερμοκρασία δωματίου.
Εφόσον επιβεβαιωθεί σε μελλοντικές μελέτες, η τεχνική αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων εξαρτημάτων σπιντρονικής χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Τέτοιες διατάξεις αξιοποιούν το σπιν των ηλεκτρονίων για την επεξεργασία πληροφοριών και ενδέχεται να χρησιμοποιηθούν σε αισθητήρες, μνήμες και άλλες ηλεκτρονικές εφαρμογές, χωρίς να απαιτούνται συμβατικά σιδηρομαγνητικά υλικά.