(Haut) Il s'agit d'une image de microscopie à effet tunnel (STM) à résolution atomique d'une surface cristalline d'arséniure d'indium où un atome de manganèse a été inséré à la place de l'un des atomes d'indium. L'atome d'indium déplacé apparaît sous la forme d'un trait jaune vif à la surface; l'atome de manganèse incorporé n'est évident que par son effet sur les atomes d'arsenic voisins (la caractéristique jaune en forme d'haltère). (En bas) Ceci est la simulation théorique de l'image STM après que les atomes aient fini de jouer aux chaises musicales, illustrant l'origine des caractéristiques observées dans l'expérience (Avec l'aimable autorisation de Steven Erwin, Laboratoire de recherche navale). Crédit :NIST
Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology et du Naval Research Laboratory ont développé une nouvelle façon d'introduire des impuretés magnétiques dans un cristal semi-conducteur en le poussant avec un microscope à effet tunnel (STM). Détaillé dans un article récent, cette technique permettra aux chercheurs d'implanter sélectivement des atomes dans un cristal un à la fois pour connaître ses propriétés électriques et magnétiques à l'échelle atomique.
Une meilleure compréhension de ces propriétés est fondamentale pour le développement de la « spintronique, " des appareils électroniques qui utiliseront le spin des électrons, une caractéristique du magnétisme, au lieu de frais pour le stockage des informations. La spintronique pourrait augmenter les performances des appareils électroniques tout en réduisant la consommation d'énergie et les coûts de production.
Les fabricants d'électronique introduisent généralement des impuretés dans les cristaux semi-conducteurs pour modifier la façon dont le matériau conduira l'électricité. Les chercheurs peuvent également introduire des impuretés qui induisent un semi-conducteur à devenir magnétique. Dans ces semi-conducteurs magnétiques dilués (DMS), les atomes d'impuretés ajoutés doivent généralement déplacer l'un des atomes d'origine dans la structure cristalline pour devenir "actifs". L'un des objectifs de la recherche sur les matériaux DMS est d'atteindre des températures de fonctionnement plus élevées en s'assurant que tous les atomes d'impuretés magnétiques dopés sont activés. Savoir comment les atomes d'impuretés pénètrent dans les sites du réseau cristallin hôte est essentiel pour ce processus.
Les expériences consistaient à déposer des atomes de manganèse uniques sur une surface d'arséniure d'indium. Pour devenir actif et magnétiser le DMS, l'atome de manganèse doit prendre une chaise d'un des atomes d'indium en occupant un site de réseau d'indium. À l'aide de la pointe de la sonde STM, les chercheurs du NIST ont zappé un atome d'indium avec une tension suffisante pour le déloger de sa place dans le réseau et changer de place avec l'atome de manganèse. De cette façon, les chercheurs peuvent choisir où et quel atome de manganèse ils souhaitent rendre actif.
Parce que l'échange se fait très vite, les chercheurs ne peuvent pas voir quel chemin prennent les atomes lorsqu'ils sont amenés à jouer des chaises musicales. Pour trouver le chemin, des chercheurs du Naval Research Laboratory ont réalisé des modèles théoriques des mouvements atomiques et identifié deux voies possibles pour que l'échange se produise. Le groupe a sélectionné la bonne voie en comparant les résultats des calculs avec les résultats expérimentaux de la STM.
Plus d'information: Y.J. Song, S.C. Erwin, G.M. Rutter, P.N. D'abord, N.B. Jitenev et J.A. Stroscio. Fabrication d'impuretés de substitution de Mn dans InAs à l'aide d'un microscope à effet tunnel. Lettres nano . Publié en ligne le 29 septembre 2009. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl902575g
Source :National Institute of Standards and Technology (actualité :web)
