Forskere sætter et nyt spin på atomare musikalske stole

Forskere fra National Institute of Standards and Technology og Naval Research Laboratory har udviklet en ny måde at introducere magnetiske urenheder i en halvlederkrystal ved at skubbe den med et scanning tunneling mikroskop (STM). Detaljeret i en nylig avis, denne teknik vil gøre det muligt for forskere at selektivt implantere atomer i en krystal én ad gangen for at lære om dens elektriske og magnetiske egenskaber på atomskalaen.

En bedre forståelse af disse egenskaber er grundlæggende for udviklingen af ​​"spintronics, "elektroniske enheder, der vil bruge elektronspin, en egenskab ved magnetisme, i stedet for at betale for lagring af oplysninger. Spintronics kan øge ydeevnen af ​​elektroniske enheder og samtidig reducere strømforbruget og produktionsomkostningerne.

Elektronikproducenter indfører almindeligvis urenheder i halvledende krystaller for at ændre, hvor godt materialet vil lede elektricitet. Forskere kan også introducere urenheder, der får en halvleder til at blive magnetisk. I disse fortyndede magnetiske halvledere (DMS), de tilføjede urenhedsatomer skal typisk fortrænge et af de oprindelige atomer i krystalstrukturen for at blive "aktive". Et af målene med DMS materialeforskning er at opnå højere driftstemperaturer ved at sikre, at alle de dopede magnetiske urenhedsatomer aktiveres. At vide, hvordan urenhedsatomerne kommer ind i værtens krystalgittersteder, er afgørende for denne proces.

Eksperimenterne involverede aflejring af enkelte manganatomer på en indiumarsenidoverflade. For at blive aktiv og magnetisere DMS, manganatomet skal tage en stol fra et af indiumatomerne ved at indtage et indiumgittersted. Ved at bruge STM-sondespidsen, NIST-forskerne zappede et indiumatom med tilstrækkelig spænding til at fjerne det fra sin plads i gitteret og skifte plads med manganatomet. På den måde kan forskerne vælge, hvor og hvilket manganatom de vil gøre aktivt.

Fordi udvekslingen sker meget hurtigt, forskere kan ikke se, hvilken vej atomerne tager, når de bliver lavet til at spille musikstole. For at finde vejen, forskere ved Naval Research Laboratory lavede teoretiske modeller af de atomare bevægelser og identificerede to mulige veje for udvekslingen. Gruppen valgte den korrekte vej ved at sammenligne beregningsresultaterne med de eksperimentelle STM-resultater.

Mere information: Y.J. Song, S.C. Erwin, G.M. Rutter, P.N. Først, N.B. Zhitenev og J.A. Stroscio. Fremstilling af Mn-substitutionelle urenheder i InAs ved hjælp af et scanningstunnelmikroskop. Nano bogstaver . Udgivet online 29. september, 2009. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl902575g

Kilde:National Institute of Standards and Technology (nyheder:web)