نشر فريق بحثي من University of Minnesota Twin Cities نتائج مهمة في مجلة PNAS، حيث رصدوا لأول مرة سلوكًا مغناطيسيًا جديدًا في مادة ثاني أكسيد الروثينيوم (RuO2) الرقيقة جدًا. يفتح هذا الاكتشاف مسارات جديدة لتطوير أجهزة الإلكترونيات الدورانية (spintronics) وتكنولوجيا الحوسبة الكمية.

استخدم الفريق تقنية متقدمة للنمو الجزيئي الهجين (hybrid molecular beam epitaxy) لتحضير أغشية RuO2 بسمك يصل إلى خليتين بلوريتين فقط (أقل من نانومتر واحد). من خلال التحكم الدقيق في الإجهاد الإپيتكسيالي، نجح الباحثون في إحداث خصائص مغناطيسية في هذه المادة المعدنية غير المغناطيسية تقليديًا. وقال الأستاذ Bharat Jalan: "هذه ليست فقط المرة الأولى التي يتم فيها إثبات حالة مغناطيسية متناوبة في RuO2 الرقيقة، بل المثير أنها أقوى مادة أكسيد معدنية من حيث التوصيلية، وتُضاهي المعادن العنصرية والمواد ثنائية الأبعاد، ولا تتفوق عليها سوى الجرافين".

الاكتشاف الأبرز هو رصد تأثير هول الشاذ (anomalous Hall effect)، وهو انحراف التيار الكهربائي تحت تأثير المجال المغناطيسي، وهي خاصية حاسمة لتطوير أجهزة التخزين والبيانات. وقال Seunnggyo Jeong، الباحث الرئيسي: "عادةً، تتطلب هذه الظاهرة في RuO2 المعدني مجالات مغناطيسية قوية، لكننا رصدناها في الأغشية الرقيقة بمجالات أضعف بكثير، مع استقرار هيكلي وخصائص معدنية ممتازة، مما يجعلها قابلة للتكامل في الأجهزة العملية".

أكدت الحسابات النظرية أن الانفعال يعدل الهيكل الإلكتروني للمادة، مما يجعل السلوك المغناطيسي ممكنًا. وقال الأستاذ Tony Low: "تُظهر حساباتنا أن الانفعال يضبط الهيكل الإلكتروني بدقة لإحداث هذا السلوك المغناطيسي". هذه القدرة على التحكم في خصائص المواد على المستوى الذري تُمهد الطريق لتطوير أجهزة حوسبة كمية أصغر حجمًا وأقل استهلاكًا للطاقة.