"Spintronics" lovar nya typer av enheter för informationsbehandling och datalagring, med ettor och nollor som lagras i elektronernas spintillstånd samt deras elektriska laddning. Sådana enheter kan vara snabbare och mer energieffektiva än nuvarande elektronik.

Spädda magnetiska halvledare som mangandopad galliumarsenid är ett lovande material för spintronik, sa Slavomir Nemsak, personalforskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory och tidigare postdoc vid UC Davis Department of Physics, arbetar med professor Charles Fadley och adjungerad professor Claus Schneider. De har ferromagnetiska egenskaper men är inte själva metaller. De kallas "utspädda" eftersom dopningsmedlet utgör en liten mängd (några procent) av halvledarmaterialet.

I en ny studie publicerad 17 augusti in Naturkommunikation , Nemsak, Fadley, Schneider och kollegor visar användningen av nya tekniker inom röntgenspektroskopi för att belysa den inre strukturen hos mangandopad galliumarsenid.

De använde en teknik som kallas hård röntgenvinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi, eller HARPES, kombinerat med stående vågexcitation för att erhålla det unika och oöverträffade utseendet inuti dessa lovande nya material.

Stående våg excitation tillät forskarna att förbättra de elektriska fälten inuti ett material, skapa toppar och tråg i varje atomlager. De kunde sedan avgöra vilka platser i ett lager som upptogs av gallium, arsenik- eller manganatomer. Teamet kombinerade detta med HARPES-data, som ger information om hur elektroner som bestämmer de elektriska och optiska egenskaperna beter sig i materialet.

Anslutning av elektroniska tillstånd till element

"Vi kan använda den stående vågen för att förstärka signalen från gallium- eller arseniklager, och vi fann att mangan alltid var närvarande vid positionen av galliumatomer hela vägen från huvuddelen av materialet till dess ytskikt. "Nemsak sa." Vi kunde också identifiera de förändringar i elektroniken hos materialet som orsakas av närvaron av mangandopande medel och anslut de enskilda elektroniska tillstånden till deras elementära ursprung. "

Detta är första gången det har varit möjligt att få denna typ av information om struktur och elektroniska egenskaper från material, Sa Nemsak. Tekniken bör vara tillämplig på alla typer av material, inklusive metaller, halvledare och isolatorer, och superledare, han sa.

Arbetet med "hårda" eller högenergiröntgenstrålar utfördes med hjälp av Diamond Light Source på Didcot, U.K. Denna typ av studier är för närvarande möjlig med endast en handfull anläggningar över hela världen, inklusive inom en snar framtid Advanced Light Source vid Berkeley Lab.