Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology en het Naval Research Laboratory hebben een nieuwe manier ontwikkeld om magnetische onzuiverheden in een halfgeleiderkristal te introduceren door het te prikken met een scanning tunneling microscope (STM). Gedetailleerd in een recent artikel, deze techniek stelt onderzoekers in staat om selectief atomen één voor één in een kristal te implanteren om meer te weten te komen over de elektrische en magnetische eigenschappen ervan op atomaire schaal.

Een beter begrip van deze eigenschappen is van fundamenteel belang voor de ontwikkeling van "spintronica, " elektronische apparaten die elektronenspin gebruiken, een kenmerk van magnetisme, in plaats van kosten voor het opslaan van informatie. Spintronica zou de prestaties van elektronische apparaten kunnen verbeteren en tegelijkertijd het stroomverbruik en de productiekosten kunnen verlagen.

Elektronicafabrikanten introduceren gewoonlijk onzuiverheden in halfgeleidende kristallen om te veranderen hoe goed het materiaal elektriciteit zal geleiden. Onderzoekers kunnen ook onzuiverheden introduceren die ervoor zorgen dat een halfgeleider magnetisch wordt. In deze verdunde magnetische halfgeleiders (DMS), de toegevoegde onzuiverheidsatomen moeten typisch een van de oorspronkelijke atomen in de kristalstructuur verdringen om "actief" te worden. Een van de doelen van DMS-materiaalonderzoek is het bereiken van hogere bedrijfstemperaturen door ervoor te zorgen dat alle gedoteerde magnetische onzuiverheidsatomen worden geactiveerd. Weten hoe de onzuiverheidsatomen in de kristalroostersites van de gastheer komen, is essentieel voor dit proces.

De experimenten omvatten het afzetten van enkele mangaanatomen op een indiumarsenide-oppervlak. Om actief te worden en het DMS te magnetiseren, het mangaanatoom moet een stoel nemen van een van de indiumatomen door een indiumroosterplaats te bezetten. Met behulp van de STM-sondetip, de NIST-onderzoekers zapten een indiumatoom met voldoende spanning om het van zijn plaats in het rooster te verwijderen en van plaats te wisselen met het mangaanatoom. Zo kunnen de onderzoekers kiezen waar en welk mangaanatoom ze actief willen maken.

Omdat de uitwisseling heel snel gaat, onderzoekers kunnen niet zien welk pad de atomen volgen wanneer ze gemaakt worden om stoelendans te spelen. Om de weg te vinden, onderzoekers van het Naval Research Laboratory maakten theoretische modellen van de atoombewegingen en identificeerden twee mogelijke wegen voor de uitwisseling. De groep selecteerde de juiste route door de berekeningsresultaten te vergelijken met de experimentele STM-bevindingen.

Meer informatie: YJ Song, SC Erwin, GM Rutter, PN Eerst, NB Zhitenev en J.A. Stroscio. Het maken van Mn-vervangende onzuiverheden in InAs met behulp van een scanning tunneling-microscoop. Nano-letters . Online gepubliceerd op 29 september 2009. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl902575g

Bron:National Institute of Standards and Technology (nieuws:web)