据日本国家材料科学研究所(NIMS)联合东京大学、京都工艺纤维大学、东北大学组成的科研团队研究披露,其成功证实超薄二氧化钌(RuO2)薄膜具备“交代磁性”(即阿尔特磁性,altermagnetism)。
这一新型磁材料的发现突破传统存储技术瓶颈,为开发适配人工智能(AI)、数据中心等场景的高速、高密度次世代磁存储芯片提供关键材料基础,相关成果已发表于国际权威期刊《Nature Communications》。
NIMS官方详细介绍了研究核心过程:团队通过精准调控衬底选择与薄膜生长条件,在蓝宝石衬底上成功制备出单晶取向的超薄RuO2薄膜,实现了晶体轴的精准对齐。
为验证材料的磁学特性,研究人员采用X射线磁线性二色性(XMLD)技术,明确证实了该薄膜中阿尔特磁性的自旋排列方式及净磁化抵消现象;同时,通过自旋分裂磁阻效应完成磁态的电学验证,实验结果与第一性原理计算高度吻合,为阿尔特磁性的存在提供了确凿的实验依据。官方新闻稿中还配套发布了薄膜制备工艺图解及磁学特性检测数据图谱,直观呈现了研究关键技术细节。
针对该材料的技术优势,NIMS指出,传统磁性存储材料存在固有局限:铁磁体虽易于实现电读取,但抗干扰能力较弱;反铁磁体抗干扰性优异且动态响应快速,却因磁矩相互抵消,需借助自旋泵浦等复杂技术才能实现磁态检测,极大限制了其实际应用。而具备阿尔特磁性的超薄RuO2薄膜,无需依赖复杂技术即可高效实现磁态的电学检测,既能简化存储器件的读取流程,又能有效降低能耗,成功破解了反铁磁自旋电子学领域长期存在的技术难题,对磁存储器件的产业化应用具有重要意义。
研究团队由NIMS先端无机材料研究中心的田中健太研究员牵头,成员涵盖多所高校的材料科学与自旋电子学领域专家。该研究得到了日本科学技术振兴机构(JST)战略性创造研究推进事业(CREST)“次世代低消费电力自旋电子器件的基础技术开发”项目及日本学术振兴会(JSPS)科学研究费补助金的资助。
田中健太研究员表示:“阿尔特磁性材料的发现与验证,为下一代存储技术开辟了全新路径。”团队强调,超薄RuO2薄膜的独特性能使其在AI芯片存储、高性能计算、大型数据中心等领域具有广阔应用前景,未来将进一步优化材料制备工艺,推动该材料与磁随机存取存储器(MRAM)等器件的集成研发,助力存储技术迭代升级,为AI时代的高效数据处理提供核心支撑。