一项发布于7月29日《科学进展》（Science Advances） 期刊的研究显示，长期被认为无磁性的二氧化钌（RuO₂），在被制备成仅2纳米厚的超薄薄膜并施加晶格应变后，会展现出与“交替磁性”（Altermagnetism）一致的自旋纹理。该发现由美国莱斯大学物理与天文学系副教授易明（Ming Yi） 团队，联合明尼苏达大学与瑞士保罗谢勒研究所共同完成。
二氧化钌是一种常见的金属氧化物，广泛用于工业电催化剂和导体。此前理论物理学家曾预测其为交替磁性的候选材料，但针对块材或较厚芯片的实验均未发现明确的磁性行为。“二氧化钌是最早被提出可能具备交替磁性的材料之一，但块材研究始终找不到磁性证据，” 易明表示，“将其减薄至超薄结构，或许是唤醒其磁性的关键钥匙。”
研究团队在二氧化钛（TiO₂）基板上生长了厚度仅约2纳米的二氧化钌薄膜。由于基板与薄膜之间的芯片结构差异，超薄二氧化钌产生了受控的“晶格应变”。为确认材料的磁性状态，团队运用了自旋分辨角分辨光电子能谱术（SARPES） ，精细绘制出超薄二氧化钌的自旋纹理图。SARPES技术能在量子层级探测电子结构，同时测量电子的能量、动量与自旋方向，让科学家直接“看见”材料内部的量子态。
“经过实验数据分析并结合理论计算，我们发现超薄二氧化钌展现出与非常规磁性一致的自旋纹理，” 论文第一作者张逸辰（Yichen Zhang） 表示。“这证实了块材与超薄状态下的二氧化钌，在适当条件下拥有截然不同的磁学性质。”实验同时指出，若缺乏晶格应变，超薄薄膜的电子自旋行为便会恢复到与块材相似的非磁性状态。
交替磁性是近年才被确立的新型磁态，兼具铁磁体易于读取与反铁磁体无外泄磁场、高稳定性的优势。“这种对应变的高度依赖性表明，我们未来或许能将晶格应变作为一个‘调控旋钮’，用来诱发或精准控制交替磁性，” 张逸辰补充道，“这在设计下一代自旋电子学与内存芯片时极具实用价值。”
易明强调，极高品质的样品制备与严谨的测量技术是成果关键。团队不仅确定了该磁态的对称性，更找到了未来在量子器件中操控它的潜在途径。该研究获得了美国能源部、戈登与贝蒂·摩尔基金会及罗伯特·A·韦尔奇基金会的资助。
