Magnetic semiconductor
مقناطیسی سیمی کنڈکٹر سیمی کنڈکٹر مواد ہیں جو فیرو میگنیٹزم (یا اسی طرح کا ردعمل) اور مفید سیمی کنڈکٹر خصوصیات دونوں کی نمائش کرتے ہیں۔ اگر آلات میں لاگو کیا جائے تو یہ مواد ترسیل کا ایک نئی قسم کا کنٹرول فراہم کر سکتے ہیں۔ جبکہ روایتی الیکٹرانکس چارج کیریئرز (این-یا پی-ٹائپ) کے کنٹرول پر مبنی ہوتے ہیں، عملی مقناطیسی سیمی کنڈکٹر بھی کوانٹم اسپن اسٹیٹ (اوپر یا نیچے) کے کنٹرول کی اجازت دیتے ہیں۔ یہ نظریاتی طور پر قریب قریب کل اسپن پولرائزیشن فراہم کرے گا (لوہے اور دیگر دھاتوں کے برخلاف، جو صرف ~50% پولرائزیشن فراہم کرتے ہیں)، جو اسپنٹرونکس ایپلی کیشنز کے لیے ایک اہم خاصیت ہے، مثال کے طور پر۔ ٹرانجسٹرز کو گھماؤ۔ اگرچہ بہت سے روایتی مقناطیسی مواد، جیسے کہ میگنیٹائٹ، بھی سیمی کنڈکٹر ہیں (میگنیٹائٹ بینڈ گیپ 0.14 ای وی کے ساتھ ایک سیمی میٹل سیمی کنڈکٹر ہے)، مواد کے سائنس دان عام طور پر پیش گوئی کرتے ہیں کہ مقناطیسی سیمی کنڈکٹر صرف اس صورت میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوں گے جب وہ اچھی طرح سے تیار شدہ سیمی کنڈکٹر مواد سے ملتے جلتے ہوں۔ اس مقصد کے لیے، ڈائلیوٹ مقناطیسی سیمی کنڈکٹر (ڈی ایم ایس) حال ہی میں مقناطیسی سیمی کنڈکٹر تحقیق کا ایک بڑا مرکز رہے ہیں۔ یہ روایتی سیمی کنڈکٹر پر مبنی ہوتے ہیں، لیکن الیکٹرانک طور پر فعال عناصر کے بجائے یا اس کے علاوہ منتقلی دھاتوں کے ساتھ ڈوپ کیے جاتے ہیں۔ وہ ممکنہ تکنیکی ایپلی کیشنز کے ساتھ اپنی منفرد اسپنٹرونکس خصوصیات کی وجہ سے دلچسپی رکھتے ہیں۔ ڈوپڈ وائڈ بینڈ گیپ میٹل آکسائڈز جیسے زنک آکسائڈ (ZnO) اور ٹائٹینیم آکسائڈ (TiO2) آپٹیکومیگنیٹک ایپلی کیشنز میں ان کی کثیر فعالیت کی وجہ سے صنعتی DMS کے لیے بہترین امیدواروں میں سے ہیں۔ خاص طور پر، بصری خطے میں شفافیت اور پیزو الیکٹرکٹی جیسی خصوصیات کے ساتھ زیڈ این او پر مبنی ڈی ایم ایس نے سائنسی برادری میں اسپن ٹرانجسٹروں اور اسپن پولرائزڈ لائٹ ایمیٹنگ ڈایڈس کی تشکیل کے لیے ایک مضبوط امیدوار کے طور پر بہت زیادہ دلچسپی پیدا کی ہے، جبکہ تانبے سے ڈوپ شدہ ٹی او او 2 اس مواد کے اناٹیس مرحلے میں مزید پیش گوئی کی گئی ہے کہ وہ سازگار ڈائلیوٹ مقناطیسیت کا مظاہرہ کرے گا۔ توہوکو یونیورسٹی میں ہیڈیو اوہنو اور اس کے گروپ نے سب سے پہلے ٹرانزیشن میٹل ڈوپڈ کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز جیسے انڈیم آرسنائڈ اور گیلیم آرسنائڈ جیسے مینگنیز کے ساتھ ڈوپڈ (مؤخر الذکر کو عام طور پر GaMnA کہا جاتا ہے) میں فیرومیگنیٹزم کی پیمائش کی۔ ان مواد نے معقول حد تک اعلی کیوری درجہ حرارت (ابھی تک کمرے کے درجہ حرارت سے نیچے) کی نمائش کی جو پی-ٹائپ چارج کیریئرز کے ارتکاز کے ساتھ پیمائش کرتا ہے۔ تب سے، فیرومیگنیٹک سگنلز کو مختلف سیمی کنڈکٹر میزبانوں سے ماپا گیا ہے جو مختلف منتقلی ایٹموں کے ساتھ ڈوپ کیے گئے ہیں۔ تھیوری ڈائیٹل اور دیگر کا اہم کام۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ مقناطیسیت کے لیے ایک ترمیم شدہ زینر ماڈل کیریئر کے انحصار کے ساتھ ساتھ GaMnA کی انیسوٹروپک خصوصیات کو بھی اچھی طرح سے بیان کرتا ہے۔ اسی نظریہ نے یہ بھی پیش گوئی کی کہ کمرے کے درجہ حرارت کا فیرومیگنیٹزم بالترتیب کو اور ایم این کے ذریعہ ڈوپ شدہ بھاری پی قسم کے ڈوپڈ زیڈ این او اور جی اے این میں موجود ہونا چاہئے۔ ان پیش گوئیوں کے بعد مختلف آکسائڈ اور نائٹرائڈ سیمی کنڈکٹرز کے نظریاتی اور تجرباتی مطالعات کی ہلچل مچ گئی، جو بظاہر تقریبا کسی بھی سیمی کنڈکٹر یا موصلیت کے مواد میں کمرے کے درجہ حرارت کے فیرومیگنیٹزم کی تصدیق کرتے دکھائی دیتے ہیں جو منتقلی دھات کی نجاستوں سے بہت زیادہ ڈوپ ہوتے ہیں۔ تاہم، ابتدائی ڈینسٹی فنکشنل تھیوری (ڈی ایف ٹی) کے مطالعے بینڈ گیپ کی غلطیوں اور حد سے زیادہ ڈی لوکلائزڈ نقائص کی سطحوں سے دھندلے ہوئے تھے، اور زیادہ جدید ڈی ایف ٹی مطالعات فیرومیگنیٹزم کی پچھلی پیش گوئیوں کی تردید کرتے ہیں۔ اسی طرح، یہ دکھایا گیا ہے کہ زیادہ تر آکسائڈ پر مبنی مواد کے لیے مقناطیسی سیمی کنڈکٹرز کے لیے مطالعات ایک اندرونی کیریئر-ثالثی فیرومیگنیٹزم کی نمائش نہیں کرتے ہیں جیسا کہ ڈائیٹل اور دیگر نے پیش کیا ہے۔ آج تک، جی اے ایم این اے واحد سیمی کنڈکٹر مواد ہے جس میں فیرومیگنیٹزم کا مضبوط بقائے باہمی ہے جو 100-200 کے کے ارد گرد اعلی کیوری درجہ حرارت تک برقرار رہتا ہے۔ مواد کی تیاری کا انحصار بنیادی مواد میں ڈوپینٹ کی تھرمل توازن گھلنشیلتا پر ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، زنک آکسائیڈ میں بہت سے ڈوپینٹس کی گھلنشیلتا مواد کو بلک میں تیار کرنے کے لیے کافی زیادہ ہوتی ہے، جبکہ کچھ دیگر مواد میں ڈوپینٹس کی اتنی کم گھلنشیلتا ہوتی ہے کہ انہیں کافی زیادہ ڈوپینٹ کے ارتکاز کے ساتھ تیار کرنے کے لیے تھرمل نانکولیبریئم تیاری کے طریقہ کار کو استعمال کرنا پڑتا ہے، مثال کے طور پر۔ پتلی فلموں کی ترقی۔ سیمی کنڈکٹر پر مبنی مواد کی ایک وسیع رینج میں مستقل مقناطیسیت کا مشاہدہ کیا گیا ہے۔ ان میں سے کچھ کیریئر کثافت اور مقناطیسیت کے درمیان واضح ارتباط ظاہر کرتے ہیں، بشمول ٹی اسٹوری اور ساتھی کارکنوں کا کام جہاں انہوں نے یہ مظاہرہ کیا کہ Mn2 +-ڈوپڈ Pb1 − xSnxTe کے فیرومیگنیٹک کیوری درجہ حرارت کو کیریئر کے ارتکاز سے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ ڈائیٹل کے تجویز کردہ نظریہ میں سوراخوں کے معاملے میں چارج کیریئرز کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ پروٹوٹائپکل مقناطیسی سیمی کنڈکٹر، Mn2 +-ڈوپڈ GaAs میں مینگنیز ڈوپینٹس کے مقناطیسی جوڑے میں ثالثی کی جا سکے۔ اگر مقناطیسی سیمی کنڈکٹر میں سوراخ کا ارتکاز ناکافی ہے، تو کیوری کا درجہ حرارت بہت کم ہوگا یا صرف پیرا میگنیٹزم کا مظاہرہ کرے گا۔ تاہم، اگر سوراخ کا ارتکاز زیادہ ہے (> ~ 1020 سینٹی میٹر −3)، تو کیوری کا درجہ حرارت زیادہ ہوگا، 100-200 K کے درمیان۔ تاہم، مطالعہ کیے گئے بہت سے سیمی کنڈکٹر مواد سیمی کنڈکٹر میزبان مواد کے لیے ایک مستقل مقناطیسی بیرونی کی نمائش کرتے ہیں۔ بہت زیادہ مبہم بیرونی فیرومیگنیٹزم (یا فینٹم فیرومیگنیٹزم) پتلی فلموں یا نینو اسٹرکچرڈ مواد میں مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ مجوزہ فیرومیگنیٹک سیمی کنڈکٹر مواد کی کئی مثالیں ذیل میں درج ہیں۔ نوٹ کریں کہ نیچے دیے گئے بہت سے مشاہدات اور/یا پیش گوئیاں بہت زیادہ زیر بحث ہیں۔ مینگنیز ڈوپڈ انڈیم آرسنائڈ اور گیلیئم آرسنائڈ (GaMnAs)، کیوری درجہ حرارت کے ساتھ بالترتیب 50-100 K اور 100-200 K کے ارد گرد، مینگنیز ڈوپڈ انڈیم اینٹیمونائڈ، جو کمرے کے درجہ حرارت پر اور یہاں تک کہ 1 ٪ Mn سے بھی کم کے ساتھ فیرومیگنیٹک بن جاتا ہے۔ آکسائڈ سیمی کنڈکٹر مینگنیز-اور آئرن ڈوپڈ انڈیم آکسائڈ، کمرے کے درجہ حرارت پر فیرومیگنیٹک۔ فیرومیگنیٹزم کیریئر الیکٹرانوں کے ذریعہ ثالثی کرتا دکھائی دیتا ہے، اسی طرح جیسے GaMnA فیرومیگنیٹزم کیریئر سوراخوں کے ذریعہ ثالثی کرتا ہے۔ زنک آکسائیڈ مینگنیز ڈوپڈ زنک آکسائیڈ این-ٹائپ کوبالٹ ڈوپڈ زنک آکسائیڈ میگنیشیم آکسائیڈ: پی-ٹائپ شفاف ایم جی او فلمیں کیشن خالی جگہوں کے ساتھ، فیرو میگنیٹزم اور ملٹی لیول سوئچنگ (میمرسٹر) ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ کو یکجا کرتی ہیں: کوبالٹ ڈوپڈ ٹائٹینیم ڈائی آکسائیڈ (روٹائل اور اناٹیس دونوں)، فیرومیگنیٹک 400 کلو میٹر سے زیادہ کرومیم ڈوپڈ روٹائل، فیرومیگنیٹک 400 کلو میٹر سے زیادہ آئرن ڈوپڈ روٹائل اور آئرن ڈوپڈ اناٹیس، کمرے کے درجہ حرارت پر فیرومیگنیٹک تانبے ڈوپڈ اناٹیس نکل ڈوپڈ ٹن ڈائی آکسائیڈ مینگنیز ڈوپڈ ٹن ڈائی آکسائیڈ، کیوری درجہ حرارت 340 سلکان چپ پر ایک ایپیٹیکسیل پتلی فلم کی ترکیب کی جا سکتی ہے۔ یوروپیم (II) آکسائڈ، جس کا کیوری درجہ حرارت 69K ہے۔ کیوری کا درجہ حرارت ڈوپنگ سے دوگنا سے زیادہ ہو سکتا ہے (مثال کے طور پر۔ آکسیجن کی کمی، جی ڈی)۔ نائٹرائڈ سیمی کنڈکٹر کرومیم ڈوپڈ ایلومینیم نائٹرائڈ (بی اے، کے) (زیڈ این، ایم این) 2 اے ایس 2: فیرومیگنیٹک سیمی کنڈکٹر ٹیٹراگونل اوسط ڈھانچہ اور آرتھورومبک مقامی ڈھانچے کے ساتھ۔ حوالہ جات بیرونی روابط سیمی کنڈکٹر مواد کی اقسام اسپنٹرونکس فیرومیگنیٹک مواد ڈی: Halbleiter#Semimagnetische ہالبلائٹر