Una nuova ricerca per chiarire il ferromagnetismo nei semiconduttori magnetici
Lo sfruttamento della rotazione degli elettroni e della loro carica consentirà ai dispositivi di memorizzazione di avere funzionalità completamente nuove che superano le crescenti limitazioni dell’elettronica convenzionale. Un approccio intensamente studiato per ottenere vettori spin polarizzati per la memorizzazione di dati è rappresentato dall’uso dei DMS. Questi sono creati drogando host semiconduttori come il nitruro di gallio (GaN) o l’ossido di zinco con ioni di metalli di transizione come il manganese (Mn), il ferro e il cobalto. L’interazione tra gli spin porta l’ordine ferromagnetico a basse temperature, il che è necessario a creare vettori spin polarizzati. Nonostante i progressi nella fisica dei DMS, la comprensione e il controllo di tali materiali si sono dimostrati il campo più controverso e stimolante della scienza dei materiali e della fisica della materia condensata di oggi. Per affrontare questa sfida, gli scienziati hanno avviato il progetto FUNDMS (Functionalisation of diluted magnetic semiconductors). Il team del progetto ha sfruttato strutture di sincrotrone avanzate al fine di conoscere più a fondo come gli ioni magnetici sono posizionati nel reticolo dei semiconduttori. Studi teorici e sperimentali hanno permesso al team di rivelare e comprendere meglio come controllare l’eterogeneità su nanoscala nella distribuzione degli ioni dei metalli di transizione. L’ottenimento di informazioni sulla distribuzione di ioni aiuta a capire le proprietà macroscopiche dei DMS. I membri del progetto hanno esaminato e descritto in modo sperimentale molti aspetti dei meccanismi che spiegano il ferromagnetismo nei DMS con una distribuzione uniforme di Mn. Nelle pellicole di (Ga, Mn)N, il ferromagnetismo è stato riportato nonostante l’assenza di vettori, e il meccanismo corrispondente è stato identificato come superscambio ferromagnetico. È stato anche dimostrato che il forte accoppiamento tra spin localizzati è mediato dai fori nella banda di valenza. Un altro problema impegnativo, che FUNDMS ha affrontato riguarda l’influenza della localizzazione dei fori sul ferromagnetismo mediato da fori. Gli scienziati hanno dimostrato che le fluttuazioni critiche nella densità del vettore di strutture metallo-isolante-semiconduttore conducono alla coesistenza di regioni ferromagnetiche e superparamagnetiche. FUNDMS ha depositato un brevetto per uno dei suoi metodi per controllare l’aggregazione di ioni di metalli di transizione e un altro per l’ampia fotoluminescenza dovuta a impurità nel GaN che possono essere sfruttate per laser a infrarossi a base di GaN. I risultati del progetto sono stati diffusi attraverso 74 pubblicazioni e quasi 100 seminari su invito.
