교자성 RuO2 구현의 중요성과 연구 동향 = The Importance and Research Trends in Realizing Altermagnetism in RuO2

국문 초록 (Abstract)

본 연구진은 RuO2에서 교자성의 존재를 지지하거나 반박하는 주요 실험적 증거를 검토하였다. 최근 RuO2는 강자성 및 반강자성의 특성을 모두 결합한 새로운 자성 상태인 교자성의 유망한 후보 물질로 주목받고 있다. 2017년 편광 중성자 회절을 통해 RuO2에서 반강자성 질서가 처음으로 실험적으로 관측된 이후, 후속 연구들은 RuO2가 시간 반전 대칭성이 깨진 공선형 반강자성 상태, 즉 교자성을 나타낼 수 있음을 제안하였다. 특히, 스핀 제벡 효과 측정을 통해 RuO2에서 교자성 스핀 분리 효과에 의한 스핀-전하 변환이 성공적으로 관찰된 최근 연구들을 다루고 있다. 퍼멀로이 층에서 생성된 스핀 전류가 RuO2 박막에 주입되면, 교자성 상태에 의해 스핀 분리가 일어나 전하 전류가 생성된다. 그러나 뮤온 스핀 이완 및 광전도 실험에서의 상반된 결과는 RuO2가 비자성 바닥 상태를 지닐 가능성을 제시한다. RuO2의 정확한 자기 바닥 상태를 규명하기 위해서는 도핑 및 표면 민감형 측정 연구가 필요하며, 본 연구진은 RuO2가 CMOS 호환성을 지닌 스핀트로닉스 응용 소재로서의 잠재력을 지니고 있어, 향후 연구에서 중요한 소재로 주목받을 것이라 제시하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

RuO2 is a promising candidate for altermagnetism, a novel magnetic state blending features of ferromagnetism and antiferromagnetism. Initial evidence of antiferromagnetism in RuO2 emerged from polarized neutron diffraction, with subsequent studies suggesting time-reversal symmetry breaking in its collinear antiferromagnetic state. This paper reviews recent findings demonstrating spin-to-charge conversion in RuO2 through the altermagnetic spin-splitting effect, observed via spin Seebeck effect measurements. Spin current generated in a Permalloy layer is injected into RuO2, where spin splitting occurs, generating a charge current. However, conflicting results from muon spin relaxation and optical conductivity studies challenge the altermagnetic interpretation, suggesting RuO2 might have a non-magnetic ground state. Further experimental work, especially doping and surfacesensitive measurements, is necessary to clarify the magnetic ground state of RuO2. Its CMOS compatibility positions RuO2 as a key material for future spintronic applications.

참고문헌 (Reference)

• 1 L. Šmejkal, 12 : 040501-, 2022
• 2 K. Tanaka,
• 3 P. A. McClarty, 132 : 176702-, 2024
• 4 M. Roig, 110 : 144412-, 2024
• 5 C. -T. Chou, 15 : 7840-, 2024
• 6 B. Chi, 21 : 034038-, 2024
• 7 T. Berlijn, 118 : 077201-, 2017
• 8 Z. H. Zhu, 122 : 017202-, 2019
• 9 K. -H. Ahn, 99 : 184432-, 2019
• 10 L. Šmejkal, 6 : eaaz8809-, 2020
• 11 O. Fedchenko, 10 : eadj4883-, 2024
• 12 Z. Feng, 5 : 735-, 2022
• 13 S. G. Jeong,
• 14 H. Bai, 130 : 216701-, 2023
• 15 Y. Guo, 11 : 2400967-, 2024
• 16 M. Hiraishi, 132 : 166702-, 2024
• 17 P. Keßler,
• 18 M. Wenzel,
• 19 J. Liu, 133 : 176401-, 2024
• 20 E. Torun, 117 : 6353-, 2013
• 21 M. Wang, 14 : 8240-, 2023
• 22 L. Šmejkal, 12 : 031042-, 2022