El equipo de investigación de la Universidad de Minnesota en Twin Cities publicó recientemente resultados importantes en Proceedings of the National Academy of Sciences, observando por primera vez un nuevo comportamiento magnético en materiales ultradelgados de dióxido de rutenio (RuO₂). Este descubrimiento innovador abre nuevas rutas de selección de materiales para el desarrollo de dispositivos de espintrónica de próxima generación y tecnologías de computación cuántica.

El equipo utilizó una técnica avanzada de epitaxia de haz molecular híbrido para preparar con éxito películas ultradelgadas de RuO₂ de solo dos celdas unitarias de espesor (menos de 1 nanómetro). Al controlar con precisión la tensión epitaxial (similar a estirar o comprimir una banda elástica), los investigadores indujeron con éxito propiedades magnéticas en este tipo de material metálico no magnético tradicional. "Esto no solo es la primera confirmación experimental de un estado magnético alternante en RuO₂ ultradelgado, sino que también es sorprendente que hayamos descubierto que es el óxido con la metallicidad más fuerte entre todos los materiales de óxido actuales, con un rendimiento comparable al de metales elementales y materiales bidimensionales, solo por detrás del grafeno", indicó el profesor Bharat Jalan, responsable del proyecto y del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de la Universidad de Minnesota.

El descubrimiento clave en la investigación fue la observación del efecto Hall anómalo —el fenómeno en que la corriente se desvía bajo la acción de un campo magnético—, que es una característica importante para el desarrollo de memorias nuevas y dispositivos de almacenamiento de datos. El primer autor del artículo, el Dr. Seunnggyo Jeong, señaló: "Normalmente, lograr este efecto en RuO₂ metálico requiere campos magnéticos extremadamente fuertes, pero lo observamos en materiales ultradelgados con campos magnéticos mucho más débiles. Este material no solo mantiene una excelente estabilidad estructural, sino que también posee excelentes características metálicas, lo que permite su integración directa en dispositivos reales."

El equipo confirmó mediante cálculos teóricos que la modulación de tensión altera la estructura interna de RuO₂ de manera específica, generando nuevas propiedades magnéticas. El profesor Tony Low del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática explicó: "Nuestros cálculos muestran que la tensión ajusta adecuadamente la estructura electrónica del material, haciendo posible este comportamiento magnético variable." Esta capacidad para controlar con precisión las propiedades de los materiales a escala atómica sienta las bases para el desarrollo de dispositivos de computación cuántica más miniaturizados y de bajo consumo.

Esta investigación es el resultado de una colaboración internacional entre la Universidad de Minnesota, el MIT, el Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología de Gwangju y la Universidad Sungkyunkwan. El equipo planea explorar más a fondo cómo combinar técnicas de tensión y laminado para diseñar más propiedades de materiales nuevos, con el objetivo final de desarrollar materiales de plataforma aplicables a computación cuántica futura, espintrónica y electrónica de bajo consumo.