美国明尼苏达大学双城分校研究团队近日在《美国国家科学院院刊》发表重要研究成果，在超薄二氧化钌(RuO2)材料中首次观测到新型磁性行为。这一突破性发现为开发下一代自旋电子器件和量子计算技术开辟了新的材料选择路径。

研究团队采用先进的混合分子束外延技术，成功制备出仅两个晶胞厚度(不足1纳米)的RuO2超薄膜。通过精确控制外延应变(类似于拉伸或压缩橡皮筋)，研究人员在这类传统非磁性金属材料中成功诱导出磁性特性。"这不仅是首次在超薄RuO2中证实交替磁态的实验，更令人惊喜的是，我们发现这是目前所有氧化物材料中金属性最强的，其性能可与元素金属和二维材料相媲美，仅次于石墨烯，"项目负责人、明尼苏达大学化学工程与材料科学系Bharat Jalan教授表示。

研究中最关键的发现是观测到了异常霍尔效应——电流在磁场作用下发生偏转的现象，这是开发新型存储器和数据存储设备的重要特性。论文第一作者Seunnggyo Jeong博士指出："通常在金属RuO2中实现这种效应需要极强磁场，而我们在超薄材料中以弱得多的磁场就观察到了这一现象。这种材料不仅能保持出色的结构稳定性，还具有优异的金属特性，可直接集成到实际器件中。"

研究团队通过理论计算证实，应变调控以特定方式改变了RuO2的内部结构，从而产生新的磁性能。电气与计算机工程系Tony Low教授解释道："我们的计算显示，应变恰到好处地调整了材料的电子结构，使这种变磁行为成为可能。"这种在原子尺度上精确控制材料特性的能力，为开发更小型化、低功耗的量子计算器件奠定了基础。

该研究是明尼苏达大学与麻省理工学院、光州科学技术学院和成均馆大学的国际合作成果。研究团队计划进一步探索如何组合运用应变和分层技术来设计更多新型材料特性，最终目标是开发适用于未来量子计算、自旋电子学和低功耗电子学应用的平台材料。

更多信息： Seung Gyo Jeong 等人，《外延应变原子级薄 RuO2 薄膜中的金属性和异常霍尔效应》，《美国国家科学院院刊》(2025 年)。期刊信息： 美国国家科学院院刊