交變磁性(altermagnetism)是一種近年來提出的第三類基本磁相，它既有反鐵磁體的零凈磁場，也具有鐵磁體的自旋劈裂現(xiàn)象，而這兩者通常被認(rèn)為是不相容的。由于交變磁性兼具鐵磁性和反鐵磁性的優(yōu)勢，這一發(fā)現(xiàn)為制造自旋電子器件帶來了新的希望和突破口，在磁存儲和量子計算中展現(xiàn)出具大的應(yīng)用前景。
 

　　在眾多潛在的交變磁性材料中，金紅石結(jié)構(gòu)的RuO?因其特殊的晶體對稱性，以及理論預(yù)測中的高達(dá)1.4 eV的能帶劈裂，最早被認(rèn)為是實現(xiàn)交變磁性特征的主力理想候選材料之一。但同時，實驗上對RuO?是否是磁性材料也爭議不斷。在本研究中，研究團(tuán)隊運用上海光源BL03U高分辨角分辨光電子能譜(ARPES)技術(shù)，同時對RuO?高質(zhì)量單晶和外延薄膜的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入詳細(xì)全面的探究。研究團(tuán)隊對RuO?電子結(jié)構(gòu)的深入分析發(fā)現(xiàn)其與基于非磁性基態(tài)的理論計算特征高度吻合，且并未觀測到由于交變磁而引起的Kramer簡并的解除現(xiàn)象。更重要的是，研究團(tuán)隊通過進(jìn)一步的自旋分辨角分辨光電子能譜(spin-ARPES)發(fā)現(xiàn)RuO?低能體帶具有顯著的面內(nèi)自旋極化特性，在高對稱平面上呈現(xiàn)出自旋反對稱性，與交變磁性預(yù)期的d波自旋織構(gòu)相悖。研究團(tuán)隊分析認(rèn)為這種非典型的自旋極化可能由Rashba效應(yīng)或空間反演對稱性破缺所導(dǎo)致。因此，研究團(tuán)隊的研究結(jié)果推翻了此前關(guān)于RuO?具有交變磁性的假設(shè)，促使科學(xué)界重新審視該材料的磁性特征。而研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)的RuO?低能體帶的自旋極化特性揭示了其在自旋電子學(xué)中的潛在應(yīng)用，以及其高效的催化特性的理解提供了新思路。
 

　　該研究成果是由中國科學(xué)院上海高等研究院劉吉山副研究員和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)沈大偉教授聯(lián)合研究小組完成，以題為“Absence of Altermagnetic Spin Splitting Character in Rutile Oxide RuO?”發(fā)表在國際著名期刊Physical Review Letter上。論文的第一作者為劉嘉宇，共同第一作者為占潔、李彤瑞和劉吉山。中國科學(xué)院上海高等研究院劉吉山副研究員、中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所喬山研究員、中國科學(xué)院金屬研究所孫巖研究員、南京大學(xué)溫錦生教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)沈大偉教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等科研項目的大力支持。