Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université du Minnesota Twin Cities ont découvert un comportement magnétique surprenant dans l'un des matériaux d'oxyde métallique les plus minces jamais fabriqués. Cela pourrait ouvrir la voie à la prochaine génération de dispositifs informatiques spintroniques et quantiques plus rapides et plus intelligents.
La recherche est publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.
En utilisant une technique de croissance des matériaux avancés – épitaxie de faisceau moléculaire hybride – les chercheurs ont créé des couches ultra-minces de RUO2un composé généralement connu pour son comportement métallique mais non magnétique. En appliquant une déformation épitaxiale à ces couches atomiquement minces – similaires à l'étirement ou à la compression d'une bande de caoutchouc – ils ont pu induire des propriétés magnétiques dans un matériau par ailleurs non magnétique.
« Notre travail montre que Ruo2 n'est pas seulement métallique à l'échelle atomique – c'est le matériau le plus métallique que nous ayons observé dans tout oxyde, rivalisant avec des métaux élémentaires même et des matériaux 2D, juste après le graphène « , a déclaré Bharat Jalan, l'auteur principal de l'étude et un professeur de l'université du Minnesota Department of Chemical Engineering and Materials Science et titulaire du président de la coquille.
« Ce qui est plus excitant, c'est que c'est l'une des premières démonstrations expérimentales d'un état altermagnétique en ultra-mince Ruo2– une nouvelle classe passionnante de matériel magnétique. «
L'un des principaux effets magnétiques observés est appelé l'effet de la salle anormale, où le courant électrique se plie en présence d'un champ magnétique – une caractéristique importante pour la mémoire de nouvelle génération et les dispositifs de stockage de données. En règle générale, cet effet est difficile à réaliser dans le ruo métallique2 et nécessite des champs magnétiques extrêmes, mais les chercheurs ont pu l'observer en Ruo ultra-mince2 et avec des champs magnétiques beaucoup plus faibles.
« C'est excitant parce que ce n'est pas seulement une curiosité de laboratoire – nous envisageons un matériel qui peut être intégré dans de vrais appareils », a déclaré Seunnggyo Jeong, chercheur postdoctoral au Département de génie chimique et science des matériaux et premier auteur sur le journal. « Cela pourrait avoir des implications majeures pour développer des technologies plus petites, plus rapides et plus économes en énergie, directement pertinentes pour l'intelligence artificielle. »
Les chercheurs ont vu des effets magnétiques dans les films seulement des cellules de deux unités d'épaisseur, ce qui est inférieur à un milliardième de mètre. Et en dépit d'être si mince, le matériau est resté très métallique et structurellement stable.
« Cette découverte montre comment nous pouvons débloquer des comportements complètement nouveaux dans les matériaux simplement en les contrôlant à l'échelle atomique », a déclaré Tony Low, professeur au Département de génie électrique et informatique et co-auteur sur le journal. « Nos calculs ont confirmé que la contrainte modifie la structure interne de Ruo2 de la bonne façon de rendre ce comportement altermagnétique possible. «
L'équipe prévoit de continuer à explorer comment les combinaisons de tension et de superposition peuvent être utilisées pour concevoir de nouvelles propriétés de matériaux. Leur objectif ultime est de développer des matériaux de plate-forme pour de futures applications en informatique quantique, en spintronics et en électronique basse puissance.
En plus de Jalan, Jeong et Low, l'équipe de l'Université du Minnesota comprenait Zhifei Yang, Sreejith Nair, Rashmi Choudhary et Juhi Parikh du Département de génie chimique et de sciences des matériaux; avec Seungjun Lee du Département de génie électrique et informatique. Cette recherche a été menée en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology, le Gwangju Institute of Science and Technology et Sungkyunkwan University.
