(Överst) Detta är en STM-bild (scanning tunneling microscopy) med atomupplösning av en indiumarsenidkristallyta där en manganatom har infogats i stället för en av indiumatomerna. Den förskjutna indiumatomen framträder som det ljusgula draget på ytan; den inbäddade manganatomen är endast uppenbar genom dess effekt på de närliggande arsenikatomerna (den hantelformade gula egenskapen). (Längst ner) Detta är den teoretiska simuleringen av STM-bilden efter att atomerna slutat spela musikstolar, illustrerar ursprunget till egenskaperna som sågs i experimentet (med tillstånd av Steven Erwin, Naval Research Laboratory). Kredit:NIST
Forskare från National Institute of Standards and Technology och Naval Research Laboratory har utvecklat ett nytt sätt att introducera magnetiska föroreningar i en halvledarkristall genom att driva den med ett scanning tunneling microscope (STM). Detaljerad i en ny tidning, denna teknik kommer att göra det möjligt för forskare att selektivt implantera atomer i en kristall en i taget för att lära sig om dess elektriska och magnetiska egenskaper på atomär skala.
En bättre förståelse för dessa egenskaper är grundläggande för utvecklingen av "spintronics, "elektroniska enheter som använder elektronspin, en egenskap hos magnetism, istället för att ta betalt för att lagra information. Spintronics skulle kunna öka prestandan hos elektroniska enheter samtidigt som strömförbrukningen och produktionskostnaderna minskar.
Elektroniktillverkare introducerar vanligtvis föroreningar i halvledande kristaller för att ändra hur väl materialet leder elektricitet. Forskare kan också introducera föroreningar som får en halvledare att bli magnetisk. I dessa utspädda magnetiska halvledare (DMS), de tillsatta föroreningsatomerna måste typiskt förskjuta en av de ursprungliga atomerna i kristallstrukturen för att bli "aktiva". Ett av målen med DMS materialforskning är att uppnå högre driftstemperaturer genom att se till att alla dopade magnetiska föroreningsatomer aktiveras. Att veta hur föroreningsatomerna kommer in i värdkristallgitterställena är väsentligt för denna process.
Experimenten involverade avsättning av enstaka manganatomer på en indiumarsenidyta. För att bli aktiv och magnetisera DMS, manganatomen måste ta en stol från en av indiumatomerna genom att uppta ett indiumgitterställe. Med hjälp av STM-probspetsen, forskarna från NIST tappade en indiumatom med tillräcklig spänning för att lossa den från sin plats i gallret och byta plats med manganatomen. På så sätt kan forskarna välja var och vilken manganatom de vill göra aktiva.
Eftersom utbytet sker mycket snabbt, forskare kan inte se vilken väg atomerna tar när de görs för att spela musikstolar. För att hitta vägen, forskare vid Naval Research Laboratory gjorde teoretiska modeller av atomrörelserna och identifierade två möjliga vägar för utbytet. Gruppen valde den korrekta vägen genom att jämföra beräkningsresultaten med de experimentella STM-resultaten.
Mer information: Y.J. Song, S.C. Erwin, G.M. Rutter, P.N. Först, N.B. Zhitenev och J.A. Stroscio. Att göra Mn-substitutionella föroreningar i InAs med hjälp av ett skanningstunnelmikroskop. Nanobokstäver . Publicerad online 29 september, 2009. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl902575g
Källa:National Institute of Standards and Technology (nyheter:webb)
