"Spintronics" belooft nieuwe soorten apparaten voor informatieverwerking en gegevensopslag, waarbij enen en nullen worden opgeslagen in de spintoestand van elektronen, evenals hun elektrische lading. Dergelijke apparaten zouden sneller en energiezuiniger kunnen zijn dan de huidige elektronica.

Verdunde magnetische halfgeleiders zoals met mangaan gedoteerd galliumarsenide zijn een veelbelovend materiaal voor spintronica, zei Slavomir Nemsak, stafonderzoeker bij het Lawrence Berkeley National Laboratory en voormalig postdoc in de UC Davis Department of Physics, samen met professor Charles Fadley en adjunct-professor Claus Schneider. Ze hebben ferromagnetische eigenschappen, maar zijn zelf geen metalen. Ze worden "verdund" genoemd omdat de doteerstof een kleine hoeveelheid (een paar procent) van het halfgeleidermateriaal uitmaakt.

In een nieuwe studie gepubliceerd op 17 augustus in Natuurcommunicatie , Nemsak, Fadley, Schneider en collega's demonstreren het gebruik van nieuwe technieken in röntgenspectroscopie om de interne structuur van met mangaan gedoteerd galliumarsenide te verlichten.

Ze gebruikten een techniek genaamd harde X-ray hoek-opgeloste foto-emissie spectroscopie, of HARPEN, gecombineerd met staande golf-excitatie om de unieke en ongekende look binnenin deze veelbelovende nieuwe materialen te verkrijgen.

Door staande golfexcitatie konden de onderzoekers de elektrische velden in een materiaal verbeteren, pieken en dalen creëren in elke atoomlaag. Ze konden dan bepalen welke plaatsen in een laag bezet waren door gallium, arseen- of mangaanatomen. Het team combineerde dit met de HARPES-gegevens, die informatie geeft over hoe elektronen die de elektrische en optische eigenschappen bepalen zich in het materiaal gedragen.

Elektronische toestanden verbinden met elementen

"We kunnen de staande golf gebruiken om het signaal van gallium- of arseenlagen te versterken, en we ontdekten dat mangaan altijd aanwezig was op de plaats van galliumatomen, van het grootste deel van het materiaal tot de oppervlaktelagen.' Nemsak zei. 'We waren ook in staat om de veranderingen in de elektronica van het materiaal te identificeren, veroorzaakt door de aanwezigheid van van mangaandotering en verbinden de individuele elektronische toestanden met hun elementaire oorsprong."

Dit is de eerste keer dat het mogelijk is om dit soort informatie over structuur en elektronische eigenschappen van materialen, zei Nemsak. De techniek moet toepasbaar zijn op elk soort materiaal, inclusief metalen, halfgeleiders en isolatoren, en supergeleiders, hij zei.

Het werk met "harde" of hoogenergetische röntgenstralen werd uitgevoerd met behulp van de Diamond Light Source in Didcot, Dit soort onderzoek is momenteel mogelijk met slechts een handvol faciliteiten wereldwijd, waaronder in de nabije toekomst de Advanced Light Source in het Berkeley Lab.