(In alto) Questa è un'immagine al microscopio a effetto tunnel a scansione (STM) a risoluzione atomica di una superficie di un cristallo di arseniuro di indio in cui è stato inserito un atomo di manganese al posto di uno degli atomi di indio. L'atomo di indio spostato appare come la caratteristica gialla brillante sulla superficie; l'atomo di manganese incorporato è evidente solo per il suo effetto sugli atomi di arsenico vicini (la caratteristica gialla a forma di manubrio). (In basso) Questa è la simulazione teorica dell'immagine STM dopo che gli atomi hanno finito di suonare le sedie musicali, illustrando l'origine delle caratteristiche viste nell'esperimento (per gentile concessione di Steven Erwin, Laboratorio di ricerca navale). Credito:NIST
I ricercatori del National Institute of Standards and Technology e del Naval Research Laboratory hanno sviluppato un nuovo modo per introdurre impurità magnetiche in un cristallo semiconduttore stimolandolo con un microscopio a effetto tunnel (STM). Dettagliato in un recente documento, questa tecnica consentirà ai ricercatori di impiantare selettivamente gli atomi in un cristallo uno alla volta per conoscere le sue proprietà elettriche e magnetiche su scala atomica.
Una migliore comprensione di queste proprietà è fondamentale per lo sviluppo della "spintronica, " dispositivi elettronici che utilizzeranno lo spin degli elettroni, una caratteristica del magnetismo, invece di addebito per l'archiviazione delle informazioni. Spintronics potrebbe aumentare le prestazioni dei dispositivi elettronici riducendo il consumo di energia e i costi di produzione.
I produttori di elettronica comunemente introducono impurità nei cristalli semiconduttori per modificare il modo in cui il materiale condurrà l'elettricità. I ricercatori possono anche introdurre impurità che inducono un semiconduttore a diventare magnetico. In questi semiconduttori magnetici diluiti (DMS), gli atomi di impurità aggiunti in genere devono spostare uno degli atomi originali nella struttura cristallina per diventare "attivi". Uno degli obiettivi della ricerca sui materiali DMS è raggiungere temperature operative più elevate assicurandosi che tutti gli atomi di impurità magnetiche drogati siano attivati. Sapere come gli atomi di impurità entrano nei siti del reticolo cristallino ospite è essenziale per questo processo.
Gli esperimenti prevedevano il deposito di singoli atomi di manganese su una superficie di arseniuro di indio. Per diventare attivo e magnetizzare il DMS, l'atomo di manganese deve prendere una sedia da uno degli atomi di indio occupando un sito reticolare di indio. Utilizzando la punta della sonda STM, i ricercatori del NIST hanno fulminato un atomo di indio con una tensione sufficiente per rimuoverlo dal suo posto nel reticolo e scambiare i posti con l'atomo di manganese. In questo modo i ricercatori possono scegliere dove e quale atomo di manganese vogliono rendere attivo.
Poiché lo scambio avviene molto rapidamente, i ricercatori non possono vedere quale percorso prendono gli atomi quando vengono fatti suonare sedie musicali. Per trovare il percorso, i ricercatori del Naval Research Laboratory hanno realizzato modelli teorici dei moti atomici e hanno identificato due possibili strade per lo scambio. Il gruppo ha selezionato il percorso corretto confrontando i risultati del calcolo con i risultati sperimentali STM.
Maggiori informazioni: YJ Song, S.C. Erwin, GM Rutter, P.N. Primo, N.B. Zhitenev e J.A. Stroscio. Fare impurezze sostitutive di Mn in InAs utilizzando un microscopio a effetto tunnel. Nano lettere . Pubblicato online il 29 settembre 2009. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl902575g
Fonte:National Institute of Standards and Technology (notizie:web)
