استفاده از نیمه‌هادی‌های مغناطیسی اپتواسپینترونیک

نتایج آزمایشات اخیر نشان می‌دهد که فیلم‌های نازک از جنس نیمه‌هادی‌های مغناطیسی ضعیف می‌تواند در حوزه‌های اسپینترونیک و اپتوالکترونیک مورد استفاده قرار گیرند. یک تیم تحقیقاتی بین المللی برای اولین بار روی اثر یون‌های کبالت ( به‌عنوان تقویت کننده) در اکسید روی ( یک ماده نیمه‌هادی‌های مغناطیسی ضعیف) مطالعه کرده است.

نتایج آزمایشات اخیر نشان می‌دهد که فیلم‌های نازک از جنس نیمه‌هادی‌های مغناطیسی ضعیف می‌تواند در حوزه‌های اسپینترونیک و اپتوالکترونیک مورد استفاده قرار گیرند. یک تیم تحقیقاتی بین المللی برای اولین بار روی اثر یون‌های کبالت ( به‌عنوان تقویت کننده) در اکسید روی ( یک ماده نیمه‌هادی‌های مغناطیسی ضعیف) مطالعه کرده است.
نیمه‌هادی‌های مغناطیسی ضعیف، نیمه‌هادی‌هایی هستند که در آنها کاتیون‌های غیرمغناطیسی جایگزین یون‌های پارامغناطیسی شده‌ است. این مواد به‌عنوان واحد‌های سازنده می‌تواند در اسپینترونیک مورد استفاده قرار گیرد. این مواد به‌دلیل برهمکنش میان تقویت کننده و حامل بار خواص جالبی پیدا می‌کنند. اخیرا اکسید روی به‌عنوان یکی از موادی که می‌تواند در این حوزه به‌کار رود، شناخته شده است اما تاکنون کسی روی برهمکنش میان الکترون و تقویت کننده در این ماده کار نکرده است.
دانیل گاملین و همکارانش از دانشگاه واشنگتن با همکاری گروه تحقیقاتی براتشیتز از دانشگاه کونستانز آلمان با استفاده از چرخش فاراده در زمان کوتاه توانستند دینامیک اسپین فوق سریع را در فیلم‌های نازک اکسید روی فاقد تقویت کننده کبالت، اندازه‌گیری کنند. این فیلم با استفاده از فرآیند محلولی سریع ساخته شده است که در آن امکان کنترل دقیق مقدار تقویت‌کننده‌‌ها وجود دارد. با این روش می‌توان غلظت یون کبالت را در مقادیر بسیار کم هم کنترل کرد.
چرخش فاراده در زمان کوتاه یک روش طیف سنجی با پیمایشگر پمپی است که می‌توان با آن مقدار برهمکنش میان الکترون و تقویت کننده را از طریق تغییر مقدار مغناطیسی شدن ماده اندازه گرفت. در این سیستم، پاسخ مغناطیسی در الکترون‌های دارای اسپین پلازیره شده توسط نور اندازه گیری می‌شود. برای این کار دستگاه میزان چرخش پرتو پیمایشگر پلاریزه شده توسط ماده را اندازه می‌گیرد. به این پدیده اثر فاراده گفته می‌شود.
فرآیند اسپین‌های الکترونی در اطراف یک میدان مغناطیسی اعمالی منجر به پاسخ نوسانس در چرخش فاراده می‌شود که به آرامی رو به کاستی می‌رود. فرکانس نوسانات رابطه مستقیمی با اثر “لاند جی فاکتور” داشته و مقدار کاسته شدن از پاسخ نوسانات را می‌توان با “دفاز کردن اسپینی” محاسبه کرد. فاکتور جی (g)) بستگی به قدرت برهمکنش میان الکترون‌ها و تقویت کننده و همچنین میزان غلظت تقویت کننده دارد.
پژوهشگران با استفاده از این روش توانستند مقدار دقیق فاکتور جی را در این سیستم شناسایی کنند. سپس با مطالعه سیستماتیک روی ۱۰ نمونه با مقادیر تقویت کننده مختلف، میزان تبادل انرژی میان یون کبالت دو ظرفیتی و الکترو‌ن‌ها را به‌دست آورند. نتایج کار آنها نشان داد که مقادیر اندکی از یون کبالت می‌تواند دفاز شدن اسپینی در الکترون‌ها را به‌شدت تسریع کند.
نتایج این تحقیق در نشریه Nano Letters به چاپ رسیده است.