Résonance magnétique détectée électriquement
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La résonance magnétique détectée électriquement ( EDMR ) est une technique de caractérisation des matériaux qui améliore la résonance de spin électronique. Il s'agit de mesurer le changement de résistance électrique d'un échantillon lorsqu'il est exposé à certaines fréquences micro-ondes. Il peut être utilisé pour identifier de très petits nombres (jusqu'à quelques centaines d'atomes) d'impuretés dans les semi-conducteurs.
Aperçu de la technique[modifier | modifier le code]
Pour effectuer une expérience EDMR pulsée, le système est d'abord initialisé en le plaçant dans un champ magnétique[1]. Ceci oriente les spins des électrons occupant le donneur et l'accepteur dans la direction du champ magnétique. Pour étudier le donneur, on applique une impulsion micro-onde ("γ" dans le schéma) à une fréquence de résonance du donneur. Cela inverse le spin de l'électron sur le donneur. L'électron donneur peut alors se désintégrer à l'état d'énergie de l'accepteur (il était interdit de le faire avant qu'il ne soit retourné en raison du principe d'exclusion de Pauli) et de là à la bande de valence, où il se recombine avec un trou. Avec plus de recombinaison, il y aura moins d'électrons de conduction dans la bande de conduction et une augmentation correspondante de la résistance, qui peut être directement mesurée. La lumière au-dessus de la bande interdite est utilisée tout au long de l'expérience pour s'assurer qu'il y a beaucoup d'électrons dans la bande de conduction.
En balayant la fréquence de l'impulsion micro-onde, nous pouvons trouver quelles fréquences résonnent, et avec la connaissance de la force du champ magnétique, nous pouvons identifier les niveaux d'énergie du donneur à partir de la fréquence de résonance et de la connaissance de l'effet Zeeman. Les niveaux d'énergie du donneur agissent comme une « empreinte digitale » par laquelle nous pouvons identifier le donneur et son environnement électronique local. En modifiant légèrement la fréquence, nous pouvons étudier l'accepteur à la place.
Développements récents[modifier | modifier le code]
L'EDMR a été testé sur un seul électron d'une boîte quantique[2]. Des mesures de moins de 100 donneurs et des analyses théoriques d'une telle mesure ont été publiées, s'appuyant sur le défaut d'interface P b pour agir comme accepteur[3],[4].
Références[modifier | modifier le code]
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Electrically detected magnetic resonance » (voir la liste des auteurs).
- Boehme et Lips, « Theory of time-domain measurement of spin-dependent recombination with pulsed electrically detected magnetic resonance », Physical Review B, vol. 68, no 24, , p. 245105 (DOI 10.1103/PhysRevB.68.245105, Bibcode 2003PhRvB..68x5105B)
- Elzerman, Hanson, Willems Van Beveren et Witkamp, « Single-shot read-out of an individual electron spin in a quantum dot », Nature, vol. 430, no 6998, , p. 431–435 (PMID 15269762, DOI 10.1038/nature02693, Bibcode 2004Natur.430..431E, arXiv cond-mat/0411232, S2CID 4374126)
- McCamey, Huebl, Brandt et Hutchison, « Electrically detected magnetic resonance in ion-implanted Si:P nanostructures », Applied Physics Letters, vol. 89, no 18, , p. 182115 (DOI 10.1063/1.2358928, Bibcode 2006ApPhL..89r2115M, arXiv cond-mat/0605516, S2CID 119457562)
- Hoehne, Huebl, Galler et Stutzmann, « Spin-Dependent Recombination between Phosphorus Donors in Silicon and Si/SiO_{2} Interface States Investigated with Pulsed Electrically Detected Electron Double Resonance », Physical Review Letters, vol. 104, no 4, , p. 046402 (PMID 20366723, DOI 10.1103/PhysRevLett.104.046402, Bibcode 2010PhRvL.104d6402H, arXiv 0908.3612, S2CID 35850625)
