Elektrycznie wykrywany rezonans magnetyczny

Elektrycznie wykrywany rezonans magnetyczny ( EDMR ) to technika charakteryzowania materiałów , która poprawia rezonans spinowy elektronów . Polega na pomiarze zmiany rezystancji elektrycznej próbki pod wpływem określonych częstotliwości mikrofal . Może służyć do identyfikacji bardzo małych liczb (do kilkuset atomów) zanieczyszczeń w półprzewodnikach .

Zarys techniki

Zarys struktury pasma (poziom energii) mechanizmu EDMR. Zanieczyszczenie donorowe (P) znajduje się tuż poniżej pasma przewodnictwa (C). Akceptor (R) znajduje się między dawcą a pasmem walencyjnym i zapewnia ścieżkę rekombinacji dla elektronu dawcy (małe niebieskie kółko) w celu rekombinacji z dziurą w paśmie walencyjnym (V). Foton o określonej częstotliwości może odwrócić spiny w stosunku do pola magnetycznego (B).

Aby przeprowadzić pulsacyjny eksperyment EDMR, system jest najpierw inicjowany przez umieszczenie go w polu magnetycznym. To orientuje spiny elektronów zajmujących donor i akceptor w kierunku pola magnetycznego . Aby zbadać dawcę, stosujemy mikrofalowy („γ” na schemacie) o częstotliwości rezonansowej dawcy. To odwraca spin elektronu na dawcy. Elektron donorowy może następnie rozpaść się do stanu energetycznego akceptora (przed odwróceniem było to zabronione ze względu na zasadę wykluczenia Pauliego ), a stamtąd do pasma walencyjnego, gdzie rekombinuje z dziurą. Przy większej rekombinacji będzie mniej elektronów przewodzących w paśmie przewodnictwa i odpowiedni wzrost rezystancji, który można bezpośrednio zmierzyć. W całym eksperymencie używane jest światło powyżej pasma wzbronionego, aby upewnić się, że w paśmie przewodnictwa znajduje się wiele elektronów.

Skanując częstotliwość impulsu mikrofalowego, możemy znaleźć, które częstotliwości są rezonansowe, a znając siłę pola magnetycznego, możemy zidentyfikować poziomy energii dawcy na podstawie częstotliwości rezonansowej i znajomości efektu Zeemana . Poziomy energii dawcy działają jak „odcisk palca”, za pomocą którego możemy zidentyfikować dawcę i jego lokalne środowisko elektroniczne. Zmieniając nieznacznie częstotliwość, możemy zamiast tego badać akceptor.

Ostatnie zmiany

EDMR wykazano na pojedynczym elektronie z kropki kwantowej . Opublikowano pomiary mniej niż 100 dawców i analizy teoretyczne takiego pomiaru, opierając się na defektu interfejsu _Pb , który działa jako akceptor.