Новое открытие может привести к более быстрой и меньшей электронике

Исследователи впервые заглянули внутрь арсенида галлия марганца — материала, известного как разбавленный магнитный полупроводник.

Этот материал способен открыть совершенно новый класс более быстрых, меньших спинтронных устройств.

Материалы такого типа могут использоваться для чтения и записи цифровой информации без применения напряжения электрона, как происходит с современными электронными устройствами, но с задействованием спина электрона.

Понимание магнитного поведения атомов является ключевым в проектировании спинтронных материалов, которые могут работать при комнатной температуре.

В новом исследовании использовалась инновационная технология, твердая рентгенная фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (HARPES), разработанная профессором физики Чарльзом Фэдли из Калифорнийского университета в Дэвисе и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, а также докторантом Александром Греем с коллегами из Германии и Японии.

Исследование представляет первое основное применение технологии HARPES, которая впервые была описана в печати в прошлом году.

Результаты опубликованы в издании Nature Materials.

Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением использует известный фотоэлектрический эффект Эйнштейна для исследования материалов. Если обстреливать атомы частицами света — фотонами, то будут выбиты электроны, известные как фотоэлектроны, которые вылетают с точными углами, энергиями и спинами, основанными на структуре материала.

Многие годы учеыне использовали «мягкий» или низкоэнергетический рентген в качестве источника фотонов, однако в этом случае удавалось заглянуть в материал лишь на нанометр, то есть примерно на пять атомов в глубину. Фэдли и Грей разработали метод, который использует „твердый“ или высокоэнергетический рентген, чтобы заглянуть намного глубже в материал, на глубину примерно 40-50 атомов.

Исследователи выбрали арсенид галлия марганца из-за его технологического потенциала. Арсенид галлия — широко используемый полупроводник. Если добавить несколько процентов атомов марганца в соединения и при определенных условиях — температуре ниже 170 Кельвинов (около 150 Фаренгейтов ниже нуля) — он станет ферромагнетиком как железо, с выстроенными в линию атомными магнитами марганца. Физики называют этот класс материалов разбавленными магнитными полупроводниками.

Для объяснения процесса обретения арсенидом галлия марганца магнитных свойств при определенной температуре есть две конкурирующие идеи. Исследование HARPES показало, что, фактически, оба механизма способствуют магнитным свойствам.

„Теперь у нас есть лучшее понимание фундаментального взаимодействия электронов в разбавленных магнитных полупроводниках, которые могут предложить новые материалы“, отметил Фэдли. „HARPES должен обеспечить важный инструмент для описания этих и многих других материалов в будущем“.

24.10.2012