"Spintronics" promette nuovi tipi di dispositivi per l'elaborazione delle informazioni e l'archiviazione dei dati, con uno e zero immagazzinati nello stato di spin degli elettroni e la loro carica elettrica. Tali dispositivi potrebbero essere più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto all'elettronica attuale.

I semiconduttori magnetici diluiti come l'arseniuro di gallio drogato con manganese sono un materiale promettente per la spintronica, disse Slavomir Nemsak, ricercatore presso il Lawrence Berkeley National Laboratory ed ex postdoc presso il Dipartimento di Fisica della UC Davis, lavorando con il professor Charles Fadley e il professore a contratto Claus Schneider. Hanno proprietà ferromagnetiche ma non sono metalli. Sono chiamati "diluiti" perché il drogante costituisce una piccola quantità (pochi punti percentuali) del materiale semiconduttore.

In un nuovo studio pubblicato il 17 agosto in Comunicazioni sulla natura , Nemsak, Fadley, Schneider e colleghi dimostrano l'uso di nuove tecniche nella spettroscopia a raggi X per illuminare la struttura interna dell'arseniuro di gallio drogato con manganese.

Hanno usato una tecnica chiamata spettroscopia di fotoemissione risolta ad angolo di raggi X duri, o ARPE, combinato con l'eccitazione delle onde stazionarie per ottenere l'aspetto unico e senza precedenti all'interno di questi nuovi materiali promettenti.

L'eccitazione a onde stazionarie ha permesso ai ricercatori di migliorare i campi elettrici all'interno di un materiale, creando picchi e depressioni in ogni strato atomico. Potrebbero quindi determinare quali siti in uno strato erano occupati da gallio, atomi di arsenico o manganese. Il team ha combinato questo con i dati HARPES, che fornisce informazioni su come si comportano nel materiale gli elettroni che determinano le proprietà elettriche e ottiche.

Collegamento degli stati elettronici agli elementi

"Possiamo usare l'onda stazionaria per migliorare il segnale da strati di gallio o arsenico, e abbiamo scoperto che il manganese era sempre presente nella posizione degli atomi di gallio, dalla massa del materiale ai suoi strati superficiali." Ha detto Nemsak. "Siamo stati anche in grado di identificare i cambiamenti nell'elettronica del materiale causati dalla presenza di drogante di manganese e collegano i singoli stati elettronici alla loro origine elementare."

Questa è la prima volta che è stato possibile ottenere questo tipo di informazioni sulla struttura e le proprietà elettroniche dei materiali, ha detto Nemsak. La tecnica dovrebbe essere applicabile a qualsiasi tipo di materiale, compresi i metalli, semiconduttori e isolanti, e superconduttori, Egli ha detto.

Il lavoro con i raggi X "duri" o ad alta energia è stato condotto utilizzando la Diamond Light Source a Didcot, Regno Unito Questo tipo di studio è attualmente possibile con solo una manciata di strutture in tutto il mondo, tra cui nel prossimo futuro l'Advanced Light Source presso il Berkeley Lab.