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象，而這兩者通常被認為是不相容的。由于交變磁性兼具鐵磁性和反鐵磁性的優勢，這一發現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出具大的應用前景。
在眾多潛在的交變磁性材料中，金紅石結構的RuO?因其特殊的晶體對稱性，以及理論預測中的高達1.4 eV的能帶劈裂，最早被認為是實現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，研究團隊運用上海光源BL03U高分辨角分辨光電子能譜(ARPES)技術，同時對RuO?高質量單晶和外延薄膜的電子結構進行了深入詳細全面的探究。研究團隊對RuO?電子結構的深入分析發現其與基于非磁性基態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簡并的解除現象。更重要的是，研究團隊通過進一步的自旋分辨角分辨光電子能譜(spin-ARPES)發現RuO?低能體帶具有顯著的面內自旋極化特性，在高對稱平面上呈現出自旋反對稱性，與交變磁性預期的d波自旋織構相悖。研究團隊分析認為這種非典型的自旋極化可能由Rashba效應或空間反演對稱性破缺所導致。因此，研究團隊的研究結果推翻了此前關于RuO?具有交變磁性的假設，促使科學界重新審視該材料的磁性特征。而研究團隊發現的RuO?低能體帶的自旋極化特性揭示了其在自旋電子學中的潛在應用，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院上海高等研究院劉吉山副研究員和中國科學技術大學沈大偉教授聯合研究小組完成，以題為“Absence of Altermagnetic Spin Splitting Character in Rutile Oxide RuO?”發表在國際著名期刊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。中國科學院上海高等研究院劉吉山副研究員、中國科學院上海微系統所喬山研究員、中國科學院金屬研究所孫巖研究員、南京大學溫錦生教授和中國科學技術大學沈大偉教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金等科研項目的大力支持。
