Изкуството на правилния допинг
От непроводим оксид до полупроводник
Целта на изследователите на полупроводници е да разработят магнитни полупроводници с по-силно магнитно взаимодействие, които също са магнитни при стайна температура и извън нея. Теоретичните съображения предполагат титанов оксид и цинков оксид като възможни кандидати. И двата материала са известни като добавки към боите, например (цинковият оксид е чисто бял). Те са оптически прозрачни и се считат за повече изолатори, отколкото полупроводници.
Кобалт вместо титан
Без допинг те не са магнитни. Ако обаче немагнитните метални йони титан (Ti) и цинк (Zn) са частично заменени от магнитни метални йони, като манган, желязо, кобалт или никел, тогава има основателна надежда за изкуствено генериране на магнетизъм в тези материали. Дали това наистина работи обаче, в науката се обсъжда бурно.
Използвайки кобалтови йони, вградени в титанов или цинков оксид, учени от Рурския университет в Бохум (RUB) около Хартмут Забел, професор по експериментална физика/физика на твърдото тяло, подлагат теста на тест. Заедно с руски колеги те изстрелват тънки слоеве титанов оксид, както и цинков оксид в ускорител на частици с кобалтови йони. Те проникват около 100 нанометра дълбоко. След нагряване всички кобалтови йони трябваше да намерят своето място в кристалната решетка и дефектите, които бяха създадени по време на облъчването на йони, трябваше да бъдат излекувани.
Рентгенов пръстов отпечатък
Но как да проверите дали е работило? Как тествате магнитните свойства? Отделни химични елементи и тяхната концентрация в материалите могат да бъдат открити с помощта на рентгенов флуоресцентен анализ. Електроните в най-вътрешната орбита около атомното ядро, така наречената К-обвивка на атомите, се възбуждат с помощта на рентгенови лъчи или електронна бомбардировка, така че те излитат от черупката, оставяйки празнина с електроните от черупките по-навън се попълва.
Вече можете да измервате енергията на излизащите електрони или енергията, която се освобождава, когато пролуките в K-обвивката се запълват от външни електрони под формата на флуоресцентна радиация. Всеки елемент носи много характерни резултати от измерването, ясни като пръстов отпечатък. При висока разделителна способност човек може да идентифицира не само химичния елемент, но и химическата среда, в която се намира. След това изследователите могат да разграничат например дали желязото присъства като метал или като оксид.
Това, което този метод обаче не прави, е да се определи дали металът е и магнитен. За да направят това, изследователите първо трябваше да разработят нов метод.