सार:
रूथेनियम डाइऑक्साइड, जिसे आमतौर पर वैज्ञानिक समुदाय द्वारा एक गैर-चुंबकीय पदार्थ माना जाता था, जब इसे कई परमाणु परतों की मोटाई तक पतला किया जाता है और तनावग्रस्त किया जाता है, तो यह पहले से छिपी हुई नई चुंबकीय स्थिति प्रदर्शित करता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में राइस विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी मिंग यी के नेतृत्व में एक शोध दल, जो मिनेसोटा विश्वविद्यालय और स्विट्जरलैंड में पॉल शेर इंस्टीट्यूट से बना है, ने हाल ही में अंतरराष्ट्रीय शैक्षणिक पत्रिका साइंस एडवांस में एक अध्ययन प्रकाशित किया है, जिसमें पहली बार पुष्टि की गई है कि अल्ट्रा-पतली रूथेनियम डाइऑक्साइड फिल्में उभरती हुई "वैकल्पिक चुंबकत्व" व्यवहार प्रदर्शित करती हैं, जिससे अगली पीढ़ी के कंप्यूटर भंडारण उपकरणों को विकसित करने के नए तरीके खुलते हैं जो आकार में छोटे और अधिक ऊर्जा कुशल होते हैं।
वैकल्पिक चुंबकत्व हाल के वर्षों में सैद्धांतिक भौतिकी समुदाय में प्रस्तावित एक नए प्रकार का चुंबक है, जो लौहचुंबक और प्रतिलौहचुंबक के प्रमुख लाभों को जोड़ता है। सैद्धांतिक रूप से वैकल्पिक चुंबकीय गुणों की भविष्यवाणी करने वाली पहली क्वांटम सामग्रियों में से एक के रूप में, रूथेनियम डाइऑक्साइड (RuO2) अकादमिक हलकों में लंबे समय से विवादास्पद रहा है। पिछले कई प्रयोगों से पता चला है कि रूथेनियम डाइऑक्साइड की थोक सामग्री किसी भी पता लगाने योग्य मैक्रोस्कोपिक चुंबकत्व का प्रदर्शन नहीं करती है, और वैज्ञानिक समुदाय ने एक बार आम सहमति बनाई थी कि इसकी थोक सामग्री चुंबकीय नहीं है। हालाँकि, बहुराष्ट्रीय अनुसंधान टीम ने पाया है कि सामग्री के आयामों का संपीड़न इसकी चुंबकीय क्षमता को सक्रिय करने में एक महत्वपूर्ण स्विच हो सकता है।
परमाणु पैमाने पर सूक्ष्म चुंबकीय व्यवहार का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने केवल कुछ परमाणु परतों की मोटाई के साथ एक अति पतली रूथेनियम डाइऑक्साइड फिल्म तैयार की और इसके इलेक्ट्रॉन स्पिन बनावट को सटीक रूप से मापने के लिए स्पिन-रिज़ॉल्यूशन कोण-रिज़ॉल्यूशन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (स्पिन-एआरपीईएस) का उपयोग किया। प्रयोगात्मक परिणाम सैद्धांतिक गणना मॉडल के साथ अत्यधिक सुसंगत हैं, जो स्पष्ट रूप से दिखाते हैं कि परीक्षण किए गए रूथेनियम डाइऑक्साइड अपरंपरागत चुंबकीय विशेषताओं के अनुरूप एक इलेक्ट्रॉन स्पिन व्यवस्था प्रदर्शित करता है, जो दर्शाता है कि विशिष्ट बाहरी परिस्थितियों में, अल्ट्रा-पतली और थोक रूथेनियम डाइऑक्साइड में पूरी तरह से अलग चुंबकीय गुण होते हैं।
प्रायोगिक विश्लेषण से पता चला कि जाली तनाव (लैटिस स्ट्रेन) ने इस अजीब चुंबकत्व के उद्भव में निर्णायक भूमिका निभाई। जब एक अति पतली फिल्म को एक विशिष्ट सब्सट्रेट, जैसे कि टाइटेनियम डाइऑक्साइड, पर उगाया जाता है, तो जाली पर तनाव इसकी सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक संरचना को दोबारा आकार देता है, जिससे एक स्पिन पैटर्न उत्पन्न होता है जो वैकल्पिक चुंबकत्व के साथ अत्यधिक सुसंगत होता है; जब तनाव हटा दिया जाता है या मूल थोक अवस्था में यह चुंबकीय घटना मौजूद नहीं रहती है। अध्ययन के पहले लेखक, यिचेन झांग ने कहा कि तनाव-निर्भर विशेषताओं का मतलब है कि जाली तनाव को दिशात्मक प्रेरण और वैकल्पिक चुंबकीय राज्यों के नियंत्रण के लिए एक नियामक "घुंडी" के रूप में काम करने की उम्मीद है, जिसका अगली पीढ़ी के स्पिंट्रोनिक्स उपकरणों और नए रैंडम एक्सेस मेमोरी (रैम) आर्किटेक्चर के डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य है।
यह शोध न केवल क्वांटम सामग्रियों की बुनियादी भौतिकी की संज्ञानात्मक सीमाओं को आगे बढ़ाता है, बल्कि निम्न-आयामी क्वांटम राज्यों को नियंत्रित करने के लिए एपिटैक्सियल तनाव इंजीनियरिंग का उपयोग करने के लिए एक व्यवहार्य प्रयोगात्मक प्रतिमान भी प्रदान करता है। नैनोस्केल पर यांत्रिक तनाव को सटीक रूप से नियंत्रित करके, शोधकर्ता भविष्य में स्वतंत्रता की इलेक्ट्रॉन स्पिन डिग्री को अधिक लचीले ढंग से नियंत्रित करने में सक्षम हो सकते हैं, जिससे कम-शक्ति, अल्ट्रा-उच्च-घनत्व सूचना भंडारण प्रौद्योगिकी में और अधिक सफलताओं को बढ़ावा मिलेगा।
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