这种奇特的磁性，或将驱动未来的AI

研究人员发现，通过在制备过程中精确控制二氧化钌（RuO₂）薄膜的晶体取向，可以提升其性能。相关成果发表于《自然·通讯》。

为何寻找新型磁性材料？二氧化钌长期被视为交变磁体的潜在候选材料。交变磁体是一种近年提出的磁体类型，不同于传统磁体。存储器中常用的标准铁磁材料虽易于通过外部磁场写入数据，但易受杂散磁场干扰，可能导致错误并限制信息存储密度。反铁磁材料对外部磁干扰的抵抗力更强，但其内部磁自旋相互抵消，难以通过电信号读取存储信息。因此，科学家一直在寻找兼具磁稳定性、电学可读性且理想情况下可重写的材料。交变磁体有望实现这种平衡，但全球范围内关于二氧化钌的实验结果差异很大，且制备具有一致晶体取向的高质量薄膜存在困难，阻碍了研究进展。

团队如何验证交变磁性？该研究团队通过在蓝宝石衬底上成功制备出具有单一晶体取向的二氧化钌薄膜，克服了上述障碍。他们通过精心选择衬底和微调生长条件，实现了对晶体结构形成的控制。利用X射线磁线性二色性技术，研究人员绘制了薄膜中的自旋排列和磁序，确认其整体磁化强度（南北极）相互抵消。同时，他们还检测到自旋分裂磁电阻，即电阻会随自旋方向变化，这一效应为自旋分裂电子结构提供了电学证据。实验结果与磁晶各向异性的第一性原理计算相符，证实二氧化钌薄膜确实具有交变磁性（见图）。这些发现共同有力地支持了二氧化钌薄膜在下一代高速、高密度磁存储设备中的应用潜力。

迈向更快更高效的存储设备？基于这项研究，团队计划开发基于二氧化钌薄膜的先进磁存储技术。这类设备有望利用交变磁体固有的速度和密度优势，实现更快、更节能的信息处理。研究中建立的基于同步辐射的磁分析方法，也有望帮助研究人员识别和研究其他交变磁体材料。这种方法可能加速自旋电子学的发展，并为未来电子设备开辟新路径。

研究团队与资助：该项目由日本物质材料研究机构（NIMS）的文峰超（资深研究员）、何聪（当时为博士后研究员）、助川洋明（组长）、三谷清司（主任研究员）、大久保忠胜（副主任），东京大学的冈林纯（副教授），京都工艺纤维大学的三浦佳男（教授）以及东北大学的关健司（教授）等人领导的研究小组开展。研究得到日本学术振兴会（JSPS）科学研究费助成事业（项目编号：22H04966、24H00408）、文部科学省下一代新型集成回路研究中心（X-NICS） initiative（项目编号：JPJ011438）、东北大学金属材料研究所GIMRT项目以及东北大学电气通信研究所合作研究项目的资助。该研究于2025年9月24日在线发表于《自然·通讯》。