محققان روش جدیدی برای وارد کردن ناخالصی‌های مغناطیسی در بلورهای نیمه‌رسانا با استفاده از میکروسکوپ تونل‌زنی (STM) روبشی توسعه داده‌اند. با استفاده از این روش می‌توان اتم‌ها را به صورت تک به تک وارد بلورهای نیمه‌رسانا کرده و ویژگی‌های الکتریکی و مغناطیسی آنها را در مقیاس اتمی مطالعه نمود.
جایگزینی اتم‌ها در شبکه بلور مواد نیمه‌رسانا با STM
پژوهشگران موسسه ملی استاندارد و فناوری و آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی (آمریکا)
روش جدیدی برای وارد کردن ناخالصی‌های مغناطیسی در بلورهای نیمه‌رسانا با استفاده
از میکروسکوپ تونل‌زنی (STM) روبشی توسعه داده‌اند. با استفاده از این روش محققان
می‌توانند اتم‌ها را به صورت تک به تک وارد بلورهای نیمه‌رسانا کرده و ویژگی‌های
الکتریکی و مغناطیسی آنها را در مقیاس اتمی مطالعه نمایند.
درک بهتر این ویژگی‌ها برای توسعه قطعات اسپینترونیکی ضروری است. قطعات
اسپینترونیکی ابزارهای الکترونیکی هستند که به جای استفاده از بار الکترون، از
اسپین آنها برای ذخیره اطلاعات بهره می برند. قطعات اسپینترونیکی می‌توانند ضمن
افزایش کارایی ابزارهای الکترونیکی، هزینه و مصرف انرژی آنها را نیز کاهش دهند.
به طور معمول تولیدکنندگان قطعات الکترونیکی ناخالصی‌هایی را وارد بلورهای
نیمه‌رسانا می‌کنند تا رسانایی الکتریکی آنها را تغییر دهند. محققان همچنین
می‌توانند با وارد کردن ناخالصی‌هایی به این بلورها، مغناطیسی بودن را به آنها القا
نمایند. در این نیمه‌رساناهای مغناطیسی رقیق (DMS) اتم‌های ناخالصی اضافه شده باید
جای یکی از اتم‌های اولیه ساختار بلور را بگیرند تا فعال شوند. یکی از اهداف
تحقیقات روی DMSها دسترسی به دمای عملکرد بالاتر، از طریق اطمینان یافتن از این
واقعیت است که تمام اتم‌های ناخالصی مغناطیسی وارد شده فعال شده‌اند. فهمیدن اینکه
چگونه این اتم‌های ناخالصی وارد شبکه بلور میزبان می‌شوند، برای انجام این فرایند
بسیار ضروری است.
در آزمایش‌های انجام شده در این پژوهش، اتم‌های منفرد منگنز روی سطح ایندیم آرسنید
رسوب داده شدند. اتم‌های منگنز برای فعال شدن و مغناطیسی کردن DMS باید از طریق
اشغال کردن یکی از مراکز شبکه ایندیوم، روی یکی از اتم‌های ایندیوم قرار بگیرند.
محققان NIST با استفاده از نوک روبشگر STM یکی از اتم‌های ایندیوم را با اعمال
ولتاژ کافی از جای خود کنده و یک اتم منگنز را جایگزین آن کردند. با استفاده از این
روش محققان می توانند انتخاب کنند که کجا و کدام اتم منگنز را می‌خواهند فعال
نمایند.
چون فرایند جایگزینی بسیار سریع اتفاق می افتد، امکان تشخیص مسیر حرکت اتم‌ها برای
محففان وجود ندارد. محققان موسسه تحقیقات نیروی دریایی برای یافتن این مسیر مدلهایی
تئوری از حرکت‌های اتمی ایجاد کرده و دو مسیر ممکن برای مبادله اتم‌ها را شناسایی
کردند. این گروه با مقایسه نتایج محاسبات و یافته‌های آزمایش‌های STM مسیر درست را
شناسایی کردند.
