Ny indsigt i halvledere til spintroniske applikationer fra hård røntgenfotoemission

"Spintronics" lover noget om nye typer enheder til informationsbehandling og datalagring, med enere og nuller lagret i elektronernes spin -tilstand såvel som deres elektriske ladning. Sådanne enheder kan være hurtigere og mere energieffektive end nuværende elektronik.

Fortyndede magnetiske halvledere såsom mangandopet galliumarsenid er et lovende materiale til spintronik, sagde Slavomir Nemsak, personaleforsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory og tidligere postdoc i UC Davis Department of Physics, arbejder med professor Charles Fadley og adjungeret professor Claus Schneider. De har ferromagnetiske egenskaber, men er ikke selv metaller. De kaldes "fortyndet", fordi dopemidlet udgør en lille mængde (et par procent) af halvledermaterialet.

I en ny undersøgelse offentliggjort 17. august i Naturkommunikation , Nemsak, Fadley, Schneider og kolleger demonstrerer brugen af ​​nye teknikker i røntgenspektroskopi til at belyse den interne struktur af mangandopet galliumarsenid.

De brugte en teknik kaldet hård røntgenvinkelopløst fotoemissionsspektroskopi, eller HARPER, kombineret med stående bølge-excitation for at opnå det unikke og hidtil usete look inde i disse lovende nye materialer.

Stående bølge-excitation gav forskerne mulighed for at forbedre de elektriske felter inde i et materiale, skaber toppe og trug i hvert atomlag. De kunne derefter bestemme, hvilke steder i et lag der var optaget af gallium, arsen- eller manganatomer. Teamet kombinerede dette med HARPES -dataene, som giver information om, hvordan elektroner, der bestemmer de elektriske og optiske egenskaber opfører sig i materialet.

Tilslutning af elektroniske tilstande til elementer

"Vi kan bruge den stående bølge til at forstærke signalet fra gallium- eller arsenlag, og vi fandt ud af, at mangan altid var til stede på positionen af ​​galliumatomer hele vejen fra hovedparten af ​​materiale til dets overfladelag. "Nemsak sagde." Vi var også i stand til at identificere ændringer i elektronikken af ​​materialet forårsaget af tilstedeværelsen af mangandoping og forbinder de enkelte elektroniske tilstande med deres elementære oprindelse. "

Det er første gang, det har været muligt at få denne form for information om struktur og elektroniske egenskaber fra materialer, Sagde Nemsak. Teknikken bør være anvendelig på enhver form for materiale, herunder metaller, halvledere og isolatorer, og superledere, han sagde.

Arbejdet med "hårde" eller højenergirøntgenstråler blev udført ved hjælp af Diamond Light Source på Didcot, U.K. Denne form for undersøgelse er i øjeblikket mulig med kun en håndfuld faciliteter verden over, herunder i den nærmeste fremtid den avancerede lyskilde på Berkeley Lab.