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Erste direkte element- und impulsspezifische Untersuchung von Leitungselektronen

Jülich, 28. August 2018 - Eine Klasse von Halbleitern, die bei Raumtemperatur magnetische Eigenschaften besitzt, könnte einmal die Basis für innovative Rechen- und Speichermedien für zukünftige Computer bilden. Die elektronischen und magnetischen Eigenschaften dieser so genannten verdünnten Halbleiter sind durch gezielte Verunreinigung mit Fremdatomen verändert. Was genau bei diesem, als Dotierung bezeichneten, Vorgang passiert und wie sich die gewünschten Eigenschaften erzielen lassen, lässt sich nun leichter untersuchen. Denn ein internationales Team von Wissenschaftlern hat herausgefunden, dass eine Methode, die auf winkelaufgelöster Photoemissionsspektroskopie basiert, Informationen aus der elektronischen Struktur der Materialien direkt herauslesen kann, die bisher nur mit aufwendigen theoretische Analysen zu interpretieren waren.

Mit der "Bragg-reflection standing-wave hard X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy" gelingt es, element- und impulsspezifische Informationen aus den verschiedenen Valenzbändern der Halbleiter zu separieren. In den Valenzbändern befinden sich die Elektronen, die zum Beispiel für die Leitfähigkeit oder die magnetischen Eigenschaften verantwortlich sind. "Wir können nun erstmals die Valenzbänder der unterschiedlichen Elemente direkt voneinander unterscheiden", freut sich Dr. Slavomír Nemšák, der u.a. am Jülicher Peter Grünberg Institut forscht. "Das bedeutet, dass wir genau erkennen können, welchen Einfluss die Dotierung mit einem bestimmten Element auf die Eigenschaften des Materials besitzt."

Die Forscher verwendeten eine Kombination von seit Jahrzehnten separat etablierten Methoden, nutzten aber als Lichtquelle sehr energiereiches hartes Röntgenlicht einer Synchrotron-Quelle. Die Methode kann nicht nur für Halbleiter angewendet werden sondern grundsätzlich zur Untersuchung der Leitungsbänder von Legierungen.

Originalveröffentlichung:
Element- and momentum-resolved electronic structure of the dilute magnetic semiconductor manganese doped gallium arsenide;
Slavomír Nemšák, Mathias Gehlmann, Cheng-Tai Kuo, Shih-Chieh Lin, Christoph Schlueter, Ewa Mlynczak, Tien-Lin Lee, Lukasz Plucinski, Hubert Ebert, Igor Di Marco, Ján Minár, Claus M. Schneider &
Charles S. Fadley;
Nature Communications 9, Article number: 3306 (2018), DOI: 10.1038/s41467-018-05823-z

Weitere Informationen:

Peter Grünberg Institut – Elektronische Eigenschaften (PGI-6)

Ansprechpartner:

Dr. Slavomír Nemšák
Forschungszentrum Jülich, Peter Grünberg Institut, Elektronische Eigenschaften (PGI-6)
Tel: 02461 61-9369
E-Mail: s.nemsak@fz-juelich.de