Jernrige lameller i en halvleder

Der er ofte en udpræget symmetri, når man ser på krystallernes gitter:Det er ligegyldigt, hvor man ser - atomerne er ensartet arrangeret i alle retninger. Denne adfærd ville også forventes af en krystal, som fysikere ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), universitetet i Warszawa og det polske videnskabsakademi produceret med en forbindelse fra en indiumarsenidhalvleder tilsat jern. Materialet, imidlertid, holdt sig ikke til perfekt symmetri. Jernet dannede todimensionalt, lamellformede strukturer i krystallen, der var magnetiske. På lang sigt, resultatet kan være afgørende for at forstå superledere.

"Ved hjælp af mulighederne i vores Ion Beam Center, vi affyrede hurtige jernioner mod en krystal lavet af indiumarsenid, en halvleder lavet af indium og arsen, "siger Dr. Shengqiang Zhou, fysiker ved HZDR Institute of Ion Beam Physics and Materials Research. "Jernet trængte cirka 100 nanometer dybt ind i krystaloverfladen." Jernionerne var i mindretal, udgør kun få procent i overfladen. Forskerne affyrede derefter lysimpulser mod krystallen ved hjælp af en laser. Blinkerne var ultrakorte, så kun overfladen smeltede. "I meget mindre end et mikrosekund, de øverste hundrede nanometer var en varm suppe, der henviser til, at krystal nedenunder forblev koldt og velordnet, "Zhou siger, beskriver resultatet.

Krystaloverfladen afkølet igen bare et øjebliks blik efter laserbombardementet. Noget usædvanligt skete:Overfladen var i det væsentlige vendt tilbage til indiumarsenidgitterstrukturen. Afkølingen, imidlertid, var så hurtig, at jernatomerne ikke havde tilstrækkelig tid til at finde og indtage en regelmæssig gittertilstand i krystallen. I stedet, metalatomerne slog sig sammen med deres jævnaldrende for at danne bemærkelsesværdige strukturer - små, todimensionale lameller arrangeret parallelt.

"Det kom som en overraskelse, at jernatomerne var arrangeret på denne måde, "siger Zhou." Vi var således i stand til at skabe sådan en lamellstruktur for første gang globalt. "Da eksperterne undersøgte det nyoprettede materiale nærmere, de fastslog, at det var blevet magnetisk på grund af jernets indflydelse. Forskerne fra Polen og Tyskland formåede også teoretisk at beskrive processen og simulere den på computeren. "Jernatomer indrettede sig til en lamellstruktur, fordi dette energisk var den mest gunstige tilstand, de kunne tage i den korte periode, "siger prof. Tomasz Dietl fra International Research Center MagTop ved det polske videnskabsakademi, opsummerer resultatet af beregningerne.

Resultatet kan være relevant i, for eksempel, forståelse af superledere - en klasse materialer, der kan lede elektricitet helt uden tab. "Lamellelignende strukturer kan også findes i mange superledende materialer, "forklarer Zhou." Vores forbindelse kunne derfor tjene som et modelsystem og hjælpe med bedre at forstå superlederadfærd. "Dette kan måske også tjene til at optimere deres egenskaber:for at superledere kan fungere, de skal i øjeblikket afkøles til forholdsvis lave temperaturer på, for eksempel, minus to hundrede grader celsius. Målet med mange eksperter er gradvist at øge disse temperaturer - indtil de finder et drømmemateriale, som mister sin elektriske modstand selv ved normale omgivelsestemperaturer.