Umenie správneho dopingu

Od nevodivého oxidu po polovodič

Cieľom výskumníkov polovodičov je vyvinúť magnetické polovodiče so silnejšou magnetickou interakciou, ktoré sú magnetické aj pri izbovej teplote a ďalej. Teoretické úvahy naznačujú, že možnými kandidátmi sú oxid titaničitý a oxid zinočnatý. Oba materiály sú známe napríklad ako prísady do farieb (oxid zinočnatý je čisto biely). Sú opticky priehľadné a považujú sa za viac izolátorov ako polovodičov.

Kobalt namiesto titánu

Bez dopingu nie sú magnetické. Ak sú však nemagnetické kovové ióny titán (Ti) a zinok (Zn) čiastočne nahradené magnetickými kovovými iónmi, ako sú mangán, železo, kobalt alebo nikel, existuje oprávnená nádej na umelé generovanie magnetizmu v týchto materiáloch. O tom, či to naozaj funguje, sa však veda živo diskutuje.

Vedci z Ruhr University Bochum (RUB) okolo Hartmuta Zabela, profesora experimentálnej fyziky/fyziky pevných látok, nasadili kobaltové ióny zabudované do oxidu titaničitého alebo oxidu zinočnatého. Spolu s ruskými kolegami bombardovali tenké vrstvy oxidu titaničitého aj oxidu zinočnatého v urýchľovači častíc iónmi kobaltu. Prenikajú asi do 100 nanometrov. Po zahriatí by mali všetky ióny kobaltu nájsť svoje miesto v kryštálovej mriežke a defekty, ktoré vznikli počas ožarovania iónmi, sa mali uzdraviť.

Röntgenový odtlačok prsta

Ako však skontrolujete, či to fungovalo? Ako testujete magnetické vlastnosti? Jednotlivé chemické prvky a ich koncentrácie v materiáloch je možné detegovať pomocou röntgenovej fluorescenčnej analýzy. Elektróny na najvnútornejšej obežnej dráhe okolo atómového jadra, takzvaná K-škrupina atómov, sú excitované pomocou röntgenových lúčov alebo elektrónovým bombardovaním, takže vyletujú z plášťa a zanechávajú medzeru s elektrónmi zo škrupín ďalej je doplnený.

Teraz môžete merať buď energiu vystupujúcich elektrónov, alebo energiu, ktorá sa uvoľňuje, keď sú medzery v K-plášti vyplnené vonkajšími elektrónmi vo forme fluorescenčného žiarenia. Každý prvok prináša veľmi charakteristické výsledky merania, čisté ako odtlačok prsta. Pri vysokom rozlíšení je možné identifikovať nielen chemický prvok, ale aj chemické prostredie, v ktorom sa nachádza. Vedci potom môžu rozlíšiť napríklad to, či je železo prítomné ako kov alebo ako oxid.

To, čo táto metóda nerobí, je však zistiť, či je kov tiež magnetický. Aby sa to podarilo, museli vedci najskôr vyvinúť novú metódu.