交变磁性是近年来提出的第三类基本磁相。交变磁性既有反铁磁体的零净磁场，又具有铁磁体的自旋劈裂现象。通常，两者被认为是不相容的。交变磁性兼具铁磁性和反铁磁性的优势，为制造自旋电子器件带来了新突破口，在磁存储和量子计算中展现出应用前景。

在较多潜在的交变磁性材料中，金红石结构的二氧化钌（RuO₂）因具备特殊的晶体对称性以及理论预测的1.4 eV的能带劈裂，被认为是实现交变磁性特征的候选材料之一。同时，实验上RuO₂是否是磁性材料存在争议。

中国科学院上海高等研究院、上海微系统与信息技术研究所、金属研究所、中国科学技术大学及南京大学的科研人员合作，运用上海光源BL03U高分辨角分辨光电子能谱技术，剖析了RuO₂高质量单晶和外延薄膜的电子结构。该团队通过分析RuO₂电子结构发现其与基于非磁性基态的理论计算特征吻合，未观测到交变磁而引起的Kramer简并的解除现象。该团队通过进一步的自旋分辨角分辨光电子能谱发现，RuO₂低能体带具有显著的面内自旋极化特性，在高对称平面上呈现自旋反对称性，与交变磁性预期的d波自旋织构相悖。团队分析认为，这种非典型的自旋极化可能是Rashba效应或空间反演对称性破缺所致。

上述研究推翻了此前关于RuO₂具有交变磁性的假设，促使学界重新审视这一材料的磁性特征。同时，该研究发现的RuO₂低能体带的自旋极化特性，揭示了RuO₂在自旋电子学中的潜在应用，为研究自旋在其高效催化特性方面的作用提供了新思路。

相关研究成果以Absence of Altermagnetic Spin Splitting Character in Rutile Oxide RuO₂为题，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letter）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

论文链接

上海高研院等实验证实二氧化钌非交变磁特性