Magnetic semiconductor
காந்த குறைக்கடத்திகள் என்பது ஃபெரோ காந்தவியல் (அல்லது ஒத்த பதில்) மற்றும் பயனுள்ள குறைக்கடத்தி பண்புகள் இரண்டையும் வெளிப்படுத்தும் குறைக்கடத்தி பொருட்கள் ஆகும். சாதனங்களில் செயல்படுத்தப்பட்டால், இந்த பொருட்கள் ஒரு புதிய வகை கடத்தல் கட்டுப்பாட்டை வழங்க முடியும். பாரம்பரிய மின்னணுவியல் சார்ஜ் கேரியர்களின் (n-அல்லது p-வகை) கட்டுப்பாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டாலும், நடைமுறை காந்த குறைக்கடத்திகள் குவாண்டம் சுழற்சி நிலையை (மேல் அல்லது கீழ்) கட்டுப்படுத்த அனுமதிக்கும். இது கோட்பாட்டளவில் மொத்த சுழல் துருவமுனைப்பை வழங்கும் (இரும்பு மற்றும் பிற உலோகங்களுக்கு மாறாக, இது ~50% துருவமுனைப்பை மட்டுமே வழங்குகிறது), இது ஸ்பின்ட்ரானிக்ஸ் பயன்பாடுகளுக்கு ஒரு முக்கியமான பண்பு, எ. கா. சுழல் டிரான்சிஸ்டர்கள். மேக்னடைட் போன்ற பல பாரம்பரிய காந்தப் பொருட்களும் குறைக்கடத்திகளாக இருந்தாலும் (மேக்னடைட் என்பது பேண்ட்கேப் 0.14 eV கொண்ட அரை உலோக குறைக்கடத்தி), பொருள் விஞ்ஞானிகள் பொதுவாக காந்த குறைக்கடத்திகள் நன்கு வளர்ந்த குறைக்கடத்தி பொருட்களைப் போலவே இருந்தால் மட்டுமே அவை பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் என்று கணித்துள்ளனர். அந்த நோக்கத்திற்காக, நீர்த்த காந்த குறைக்கடத்திகள் (டி. எம். எஸ்) சமீபத்தில் காந்த குறைக்கடத்தி ஆராய்ச்சியின் முக்கிய மையமாக உள்ளன. இவை பாரம்பரிய குறைக்கடத்திகளை அடிப்படையாகக் கொண்டவை, ஆனால் மின்னணு ரீதியாக செயலில் உள்ள கூறுகளுக்கு பதிலாக அல்லது கூடுதலாக மாற்றம் உலோகங்களுடன் டோப் செய்யப்படுகின்றன. சாத்தியமான தொழில்நுட்ப பயன்பாடுகளுடன் அவற்றின் தனித்துவமான ஸ்பின்ட்ரானிக்ஸ் பண்புகள் காரணமாக அவை ஆர்வமாக உள்ளன. துத்தநாக ஆக்சைடு (ZnO) மற்றும் டைட்டானியம் ஆக்சைடு (TiO2) போன்ற டோப் செய்யப்பட்ட பரந்த பட்டை-இடைவெளி உலோக ஆக்சைடுகள் ஒளியியல் காந்த பயன்பாடுகளில் அவற்றின் பன்முகத்தன்மை காரணமாக தொழில்துறை டி. எம். எஸ்ஸுக்கு சிறந்த வேட்பாளர்களில் ஒன்றாகும். குறிப்பாக, காட்சி பகுதியில் வெளிப்படைத்தன்மை மற்றும் பைசோ எலக்ட்ரிசிட்டி போன்ற பண்புகளைக் கொண்ட ZnO-அடிப்படையிலான DMS சுழல் டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் சுழல்-துருவப்படுத்தப்பட்ட ஒளி-உமிழும் டையோட்களை உருவாக்குவதற்கான ஒரு வலுவான வேட்பாளராக அறிவியல் சமூகத்தினரிடையே பெரும் ஆர்வத்தை உருவாக்கியுள்ளது, அதே நேரத்தில் செம்பு டூப் செய்யப்பட்ட TiO2 இந்த பொருளின் உடற்கூறியல் கட்டத்தில் சாதகமான நீர்த்த காந்தத்தை வெளிப்படுத்தும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது. டோஹோகு பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள ஹிடியோ ஓனோவும் அவரது குழுவும் முதன்முதலில் மாங்கனீசுடன் டோப் செய்யப்பட்ட இண்டியம் ஆர்சனைடு மற்றும் காலியம் ஆர்சனைடு போன்ற உலோக டோப் செய்யப்பட்ட கலவை குறைக்கடத்திகளில் ஃபெரோ காந்தத்தை அளவிட்டனர் (பிந்தையது பொதுவாக GaMnA கள் என்று குறிப்பிடப்படுகிறது). இந்த பொருட்கள் பி-வகை சார்ஜ் கேரியர்களின் செறிவுடன் அளவிடப்படும் நியாயமான உயர் கியூரி வெப்பநிலையை (அறை வெப்பநிலையை விடக் குறைவாக) வெளிப்படுத்தின. அப்போதிருந்து, ஃபெரோ காந்த சமிக்ஞைகள் வெவ்வேறு இடைநிலை அணுக்களுடன் டோப் செய்யப்பட்ட பல்வேறு குறைக்கடத்தி ஹோஸ்ட்களிலிருந்து அளவிடப்படுகின்றன. கோட்பாடு டயட்டில் மற்றும் பிறரின் முன்னோடி வேலை. காந்தவியலுக்கான மாற்றியமைக்கப்பட்ட ஜெனர் மாதிரி கேரியர் சார்பு மற்றும் GaMnA களின் அனிசோட்ரோபிக் பண்புகளை நன்கு விவரிக்கிறது என்பதைக் காட்டியது. இதே கோட்பாடு, கோ மற்றும் எம்என்-ஆல் முறையே அதிக அளவில் பி-வகை டோப் செய்யப்பட்ட ZnO மற்றும் GaN-இல் அறை-வெப்பநிலை ஃபெரோ காந்தவியல் இருக்க வேண்டும் என்றும் கணித்துள்ளது. இந்த கணிப்புகள் பல்வேறு ஆக்சைடு மற்றும் நைட்ரைடு குறைக்கடத்திகள் பற்றிய தத்துவார்த்த மற்றும் சோதனை ஆய்வுகளின் பரபரப்பைத் தொடர்ந்து வந்தன, இது கிட்டத்தட்ட எந்த குறைக்கடத்தி அல்லது இன்சுலேட்டர் பொருளிலும் அறை வெப்பநிலை ஃபெரோ காந்தத்தை உறுதிப்படுத்துவதாகத் தோன்றியது. இருப்பினும், ஆரம்பகால அடர்த்தி செயல்பாட்டுக் கோட்பாடு (டிஎஃப்டி) ஆய்வுகள் பேண்ட் இடைவெளி பிழைகள் மற்றும் அதிகப்படியான இடப்பெயர்ச்சி குறைபாடு அளவுகளால் மூடப்பட்டன, மேலும் மேம்பட்ட டிஎஃப்டி ஆய்வுகள் ஃபெரோ காந்தவியல் பற்றிய முந்தைய கணிப்புகளில் பெரும்பாலானவற்றை மறுக்கின்றன. அதேபோல், பெரும்பாலான ஆக்சைடு அடிப்படையிலான பொருட்களுக்கு காந்த குறைக்கடத்திகளுக்கான ஆய்வுகள் டயட்டில் மற்றும் பலர் முன்வைத்தபடி ஒரு உள்ளார்ந்த கேரியர்-மத்தியஸ்த ஃபெரோ காந்தத்தை வெளிப்படுத்தவில்லை என்பது நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. இன்றுவரை, ஃபெரோ காந்தத்தின் வலுவான சகவாழ்வைக் கொண்ட ஒரே குறைக்கடத்தி பொருளாக GaMnA கள் உள்ளன, இது 100-200 K ஐச் சுற்றி அதிக கியூரி வெப்பநிலை வரை தொடர்கிறது. பொருட்கள் உற்பத்தித்திறன் அடிப்படை பொருளில் உள்ள டோபண்டின் வெப்ப சமநிலை கரைதிறனைப் பொறுத்தது. எ. கா., துத்தநாக ஆக்சைடில் உள்ள பல டோபண்டுகளின் கரைதிறன் மொத்தமாக பொருட்களைத் தயாரிக்கும் அளவுக்கு அதிகமாக உள்ளது, அதே நேரத்தில் வேறு சில பொருட்கள் டோபண்ட்களின் குறைந்த கரைதிறனைக் கொண்டுள்ளன, அவை போதுமான அளவு டோபண்ட் செறிவுடன் அவற்றைத் தயாரிக்க வெப்ப சமநிலையற்ற தயாரிப்பு வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்த வேண்டும், எ. கா. மெல்லிய படங்களின் வளர்ச்சி. பரந்த அளவிலான குறைக்கடத்தி அடிப்படையிலான பொருட்களில் நிரந்தர காந்தமயமாக்கல் காணப்பட்டுள்ளது. அவற்றில் சில டி. ஸ்டோரி மற்றும் சக ஊழியர்களின் பணி உட்பட கேரியர் அடர்த்தி மற்றும் காந்தமயமாக்கலுக்கு இடையிலான தெளிவான தொடர்பை வெளிப்படுத்துகின்றன, அங்கு Mn2 +-டோப் செய்யப்பட்ட Pb1 − xSnxTe இன் ஃபெரோ காந்த கியூரி வெப்பநிலையை கேரியர் செறிவு மூலம் கட்டுப்படுத்த முடியும் என்பதை அவர்கள் நிரூபித்தனர். டயட்டில் முன்வைத்த கோட்பாடு, முன்மாதிரி காந்த குறைக்கடத்தியான Mn2 +-டோப் செய்யப்பட்ட GaA களில் மாங்கனீசு டோபண்டுகளின் காந்த இணைப்பை மத்தியஸ்தம் செய்ய துளைகளின் விஷயத்தில் சார்ஜ் கேரியர்கள் தேவைப்பட்டன. காந்த குறைக்கடத்தியில் போதுமான துளை செறிவு இல்லையென்றால், கியூரி வெப்பநிலை மிகவும் குறைவாக இருக்கும் அல்லது அளவுரு காந்தத்தை மட்டுமே வெளிப்படுத்தும். இருப்பினும், துளை செறிவு அதிகமாக இருந்தால் (> ~ 1020 செமீ-3), கியூரி வெப்பநிலை 100-200 கே க்கு இடையில் அதிகமாக இருக்கும். இருப்பினும், ஆய்வு செய்யப்பட்ட பல குறைக்கடத்தி பொருட்கள் குறைக்கடத்தி புரவலன் பொருளுக்கு வெளியே ஒரு நிரந்தர காந்தமயமாக்கலை வெளிப்படுத்துகின்றன. மழுப்பலான வெளிப்புற ஃபெரோ காந்தவியல் (அல்லது பேண்டம் ஃபெரோ காந்தவியல்) மெல்லிய படலங்கள் அல்லது நானோ கட்டமைக்கப்பட்ட பொருட்களில் காணப்படுகிறது. முன்மொழியப்பட்ட ஃபெரோ காந்த குறைக்கடத்தி பொருட்களின் பல எடுத்துக்காட்டுகள் கீழே பட்டியலிடப்பட்டுள்ளன. கீழே உள்ள பல அவதானிப்புகள் மற்றும்/அல்லது கணிப்புகள் பெரிதும் விவாதிக்கப்படுகின்றன என்பதைக் கவனியுங்கள். மாங்கனீசு-டோப் செய்யப்பட்ட இண்டியம் ஆர்சனைடு மற்றும் காலியம் ஆர்சனைடு (GaMnAs), கியூரி வெப்பநிலையுடன் முறையே 50-100 K மற்றும் 100-200 K, மாங்கனீசு-டோப் செய்யப்பட்ட இண்டியம் ஆண்டிமோனைடு, இது அறை வெப்பநிலையில் கூட ஃபெரோ காந்தமாக மாறுகிறது மற்றும் 1 சதவீதம் Mn க்கும் குறைவாக இருந்தாலும் கூட. ஆக்சைடு குறைக்கடத்திகள் மாங்கனீசு-மற்றும் இரும்பு-டோப் செய்யப்பட்ட இண்டியம் ஆக்சைடு, அறை வெப்பநிலையில் ஃபெரோ காந்தம். ஃபெரோ காந்தவியல் கேரியர்-எலக்ட்ரான்களால் மத்தியஸ்தம் செய்யப்படுவதாகத் தோன்றுகிறது, அதே வழியில் GaMnA ஃபெரோ காந்தவியல் கேரியர்-துளைகளால் மத்தியஸ்தம் செய்யப்படுகிறது. துத்தநாக ஆக்சைடு மாங்கனீசு-டோப் செய்யப்பட்ட துத்தநாக ஆக்சைடு என்-வகை கோபால்ட்-டோப் செய்யப்பட்ட துத்தநாக ஆக்சைடு மெக்னீசியம் ஆக்சைடுஃ பீ-வகை வெளிப்படையான எம்ஜிஓ படலங்கள் கேஷன் காலியிடங்களுடன், ஃபெரோ காந்தவியல் மற்றும் பல நிலை மாறுதல் (மெமிஸ்டர்) டைட்டானியம் டை ஆக்சைடுஃ கோபால்ட்-டோப் செய்யப்பட்ட டைட்டானியம் டை ஆக்சைடு (ரூட்டைல் மற்றும் அனடேஸ் இரண்டும்), ஃபெரோ காந்தம் 400 கே குரோமியம்-டோப் செய்யப்பட்ட ரூட்டைலுக்கு மேல், ஃபெரோ காந்தம் 400 கே இரும்பு-டோப் செய்யப்பட்ட ரூட்டைல் மற்றும் இரும்பு-டோப் செய்யப்பட்ட அனடேஸ், அறை வெப்பநிலையில் ஃபெரோ காந்தம் தாமிரம்-டோப் செய்யப்பட்ட அனடேஸ் நிக்கல்-டோப் செய்யப்பட்ட டின் டை ஆக்சைடு மாங்கனீசு-டோப் செய்யப்பட்ட டின் டைன் டை ஆக்சைடு, கியூரி வெப்பநிலையில் 340 சிலிக்கான் சிப்பில் ஒரு எபிடாக்ஸியல் மெல்லிய படலத்தை ஒருங்கிணைக்க முடியும். ஐரோப்பியம் (II) ஆக்சைடு, 69K கியூரி வெப்பநிலையுடன். ஊக்கமருந்து மூலம் கியூரி வெப்பநிலை இரு மடங்கிற்கும் அதிகமாக இருக்கலாம் (எ. கா. ஆக்ஸிஜன் குறைபாடு, ஜிடி). நைட்ரைடு குறைக்கடத்திகள் குரோமியம் டோப் செய்யப்பட்ட அலுமினிய நைட்ரைடு (பா, கே) (இசட்என், எம்என்) 2ஏஎஸ்2: நாற்கர சராசரி அமைப்பு மற்றும் ஆர்த்தோராம்பிக் உள்ளூர் அமைப்பு கொண்ட ஃபெரோ காந்த குறைக்கடத்தி. குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் குறைக்கடத்தி பொருள் வகைகள் ஸ்பின்ட்ரானிக்ஸ் ஃபெரோ காந்த பொருட்கள் டிஃ Halbleiter#Semimagnetische ஹால்பிளிட்டர்