"Spintronics" est prometteur pour de nouveaux types d'appareils pour le traitement de l'information et le stockage de données, les uns et les zéros étant stockés dans l'état de spin des électrons ainsi que leur charge électrique. De tels dispositifs pourraient être plus rapides et plus économes en énergie que l'électronique actuelle.

Les semi-conducteurs magnétiques dilués tels que l'arséniure de gallium dopé au manganèse sont un matériau prometteur pour la spintronique, dit Slavomir Nemsak, chercheur au Lawrence Berkeley National Laboratory et ancien post-doctorant au département de physique de l'UC Davis, en collaboration avec le professeur Charles Fadley et le professeur adjoint Claus Schneider. Ils ont des propriétés ferromagnétiques mais ne sont pas eux-mêmes des métaux. Ils sont appelés « dilués » car le dopant constitue une petite quantité (quelques pour cent) du matériau semi-conducteur.

Dans une nouvelle étude publiée le 17 août dans Communication Nature , Nemsak, Fadley, Schneider et ses collègues démontrent l'utilisation de nouvelles techniques de spectroscopie aux rayons X pour éclairer la structure interne de l'arséniure de gallium dopé au manganèse.

Ils ont utilisé une technique appelée spectroscopie de photoémission à rayons X durs à résolution angulaire, ou HARPES, combiné à une excitation par ondes stationnaires pour obtenir l'aspect unique et sans précédent de ces nouveaux matériaux prometteurs.

L'excitation par ondes stationnaires a permis aux chercheurs d'améliorer les champs électriques à l'intérieur d'un matériau, créant des pics et des creux dans chaque couche atomique. Ils pouvaient alors déterminer quels sites d'une couche étaient occupés par le gallium, atomes d'arsenic ou de manganèse. L'équipe a combiné cela avec les données HARPES, qui renseigne sur le comportement des électrons déterminant les propriétés électriques et optiques dans le matériau.

Connecter des états électroniques à des éléments

"Nous pouvons utiliser l'onde stationnaire pour améliorer le signal des couches de gallium ou d'arsenic, et nous avons découvert que le manganèse était toujours présent à la position des atomes de gallium depuis la masse du matériau jusqu'à ses couches superficielles. de dopant au manganèse et connecter les états électroniques individuels à leur origine élémentaire."

C'est la première fois qu'il est possible d'obtenir ce genre d'informations sur la structure et les propriétés électroniques des matériaux, dit Nemsak. La technique doit être applicable à tout type de matériau, y compris les métaux, semi-conducteurs et isolants, et supraconducteurs, il a dit.

Le travail avec des rayons X "durs" ou à haute énergie a été mené à l'aide de la source lumineuse Diamond de Didcot, Royaume-Uni. Ce type d'étude est actuellement possible avec seulement une poignée d'installations dans le monde, y compris dans un futur proche la source lumineuse avancée au Berkeley Lab.