浙江
曾被科学界普遍认为属于非磁性物质的二氧化钌，在被削薄至数个原子层厚度并施加应力时，展现出了此前隐匿的新型磁性状态。由美国莱斯大学物理学家易明（Ming Yi）领衔，联合明尼苏达大学与瑞士保罗·谢尔研究所组成的研究团队，近日在国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）上发表研究，首次证实超薄二氧化钌薄膜展现出新兴的“交替磁性”（Altermagnetism）行为，为开发体积更小、能效更高的下一代计算机存储设备开辟了新途径。
交替磁性是近年来理论物理学界提出的一种新型磁体类别，兼具铁磁体与反铁磁体的关键优势。二氧化钌（RuO2）作为首批被理论预测可能具备交替磁性的量子材料之一，长期以来在学术界饱受争议。此前的多项实验表明，二氧化钌的块体材料并未展现出任何可检测的宏观磁性，科学界一度形成其块体不具备磁性的共识。然而，该跨国研究团队发现，材料维度的压缩可能是激活其磁性潜能的关键开关。
为了探寻原子尺度下的微观磁性行为，研究人员制备了仅有数个原子层厚度的超薄二氧化钌薄膜，并利用自旋分辨角分辨光电子能谱技术（Spin-ARPES）精确测量其电子自旋纹理。实验结果与理论计算模型高度吻合，明确显示受测二氧化钌呈现出符合非常规磁性特征的电子自旋排列，表明在特定外界条件下，超薄态与块体态的二氧化钌具有截然不同的磁学属性。
实验分析指出，晶格应变（Lattice Strain）在这一奇异磁性的出现中扮演了决定性角色。当超薄薄膜生长在特定衬底（如二氧化钛）上时，晶格受到的压力重塑了其微观电子结构，从而诱发了与交替磁性高度一致的自旋图样；而在去除应变或在天然块体状态下，这种磁性现象便不复存在。研究第一作者张一弛（Yichen Zhang）表示，应变依赖特性意味着晶格应力有望作为一种调控“旋钮”，用于定向诱导和控制交替磁性状态，这对于下一代自旋电子学器件以及新型随机存取存储器（RAM）架构的设计具有重要应用价值。
这项研究不仅推进了量子材料基础物理学的认知边界，也为利用外延应力工程调控低维量子态提供了可行的实验范式。通过精确控制纳米尺度的机械应力，未来科研人员或能更加灵活地操控电子自旋自由度，推动低功耗、超高密度信息存储技术的进一步突破。
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