Magnetic semiconductor
চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহী হল অর্ধপরিবাহী উপকরণ যা ফেরোম্যাগনেটিজম (বা অনুরূপ প্রতিক্রিয়া) এবং দরকারী অর্ধপরিবাহী বৈশিষ্ট্য উভয়ই প্রদর্শন করে। যন্ত্রগুলিতে প্রয়োগ করা হলে, এই উপকরণগুলি সঞ্চালনের একটি নতুন ধরনের নিয়ন্ত্রণ প্রদান করতে পারে। যেখানে ঐতিহ্যবাহী ইলেকট্রনিক্স চার্জ বাহক (এন-বা পি-টাইপ) নিয়ন্ত্রণের উপর ভিত্তি করে, ব্যবহারিক চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহী কোয়ান্টাম ঘূর্ণন অবস্থা (উপরে বা নিচে) নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দেবে। এটি তাত্ত্বিকভাবে প্রায় সম্পূর্ণ ঘূর্ণন মেরুকরণ প্রদান করবে (লোহা এবং অন্যান্য ধাতুর বিপরীতে, যা শুধুমাত্র ~50% মেরুকরণ প্রদান করে), যা স্পিন্ট্রনিক্স প্রয়োগের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য, যেমন। স্পিন ট্রানজিস্টর। যদিও অনেক ঐতিহ্যবাহী চৌম্বকীয় পদার্থ, যেমন ম্যাগনেটাইট, সেমিকন্ডাক্টরও (ম্যাগনেটাইট ব্যান্ডগ্যাপ 0.14 ই. ভি সহ একটি সেমিমেটাল সেমিকন্ডাক্টর), পদার্থ বিজ্ঞানীরা সাধারণত ভবিষ্যদ্বাণী করেন যে চৌম্বকীয় সেমিকন্ডাক্টরগুলি কেবল তখনই ব্যাপক ব্যবহার পাবে যদি সেগুলি উন্নত সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের অনুরূপ হয়। সেই লক্ষ্যে, পাতলা চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহী (ডিএমএস) সম্প্রতি চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহী গবেষণার একটি প্রধান কেন্দ্রবিন্দু হয়ে উঠেছে। এগুলি ঐতিহ্যবাহী অর্ধপরিবাহীর উপর ভিত্তি করে তৈরি, তবে বৈদ্যুতিনভাবে সক্রিয় উপাদানগুলির পরিবর্তে বা তার পাশাপাশি রূপান্তর ধাতু দিয়ে ডোপ করা হয়। সম্ভাব্য প্রযুক্তিগত প্রয়োগের সাথে তাদের অনন্য স্পিন্ট্রনিক্স বৈশিষ্ট্যের কারণে তারা আগ্রহী। ডোপড ওয়াইড ব্যান্ড-গ্যাপ মেটাল অক্সাইড যেমন জিঙ্ক অক্সাইড (জেডএনও) এবং টাইটানিয়াম অক্সাইড (টিআইও2) অপটিকম্যাগনেটিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তাদের বহুমুখী কার্যকারিতার কারণে শিল্প ডিএমএসের জন্য সেরা প্রার্থীদের মধ্যে রয়েছে। বিশেষত, দৃশ্যমান অঞ্চলে স্বচ্ছতা এবং পাইজোইলেক্ট্রিসিটির মতো বৈশিষ্ট্যযুক্ত জেডএনও-ভিত্তিক ডিএমএস স্পিন ট্রানজিস্টর এবং স্পিন-পোলারাইজড আলো-নির্গমনকারী ডায়োড তৈরির জন্য একটি শক্তিশালী প্রার্থী হিসাবে বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়ের মধ্যে প্রচুর আগ্রহ তৈরি করেছে, যখন এই উপাদানটির অ্যানাটেজ পর্যায়ে তামার ডোপড টিআইও 2 আরও অনুকূল পাতলা চুম্বকত্ব প্রদর্শন করার পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। টোহোকু বিশ্ববিদ্যালয়ে হিদেও ওহনো এবং তাঁর দল প্রথম ম্যাঙ্গানিজের সাথে ডোপ করা ইন্ডিয়াম আর্সেনাইড এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইডের মতো রূপান্তর ধাতব ডোপড যৌগ অর্ধপরিবাহীতে ফেরোম্যাগনেটিজম পরিমাপ করেছিলেন (পরেরটিকে সাধারণত জি. এ. এম. এন. এ হিসাবে উল্লেখ করা হয়)। এই উপকরণগুলি যুক্তিসঙ্গতভাবে উচ্চ কিউরি তাপমাত্রা (তবুও ঘরের তাপমাত্রার নিচে) প্রদর্শন করে যা পি-টাইপ চার্জ বাহকগুলির ঘনত্বের সাথে স্কেল করে। তখন থেকেই ফেরোম্যাগনেটিক সংকেতগুলি বিভিন্ন ট্রানজিশন পরমাণু দিয়ে ডোপ করা বিভিন্ন অর্ধপরিবাহী পোষক থেকে পরিমাপ করা হয়। তত্ত্ব ডায়েটল এবং অন্যান্যদের অগ্রগামী কাজ। দেখিয়েছেন যে চুম্বকত্বের জন্য একটি পরিবর্তিত জেনর মডেল বাহক নির্ভরতার পাশাপাশি জি. এ. এম. এন. এ-র অ্যানিসোট্রপিক বৈশিষ্ট্যগুলি ভালভাবে বর্ণনা করে। একই তত্ত্বটি ভবিষ্যদ্বাণী করেছিল যে কক্ষ-তাপমাত্রার ফেরোম্যাগনেটিজম যথাক্রমে কো এবং এমএন দ্বারা ডোপ করা ভারী পি-টাইপ ডোপড জেডএনও এবং জিএএন-এ বিদ্যমান থাকা উচিত। এই ভবিষ্যদ্বাণীগুলি বিভিন্ন অক্সাইড এবং নাইট্রাইড অর্ধপরিবাহীর তাত্ত্বিক এবং পরীক্ষামূলক গবেষণার ঝাঁকুনির পরে করা হয়েছিল, যা স্পষ্টতই রূপান্তরিত ধাতব অমেধ্য দ্বারা ভারীভাবে ডোপ করা প্রায় কোনও অর্ধপরিবাহী বা নিরোধক উপাদানের ঘরের তাপমাত্রার ফেরোম্যাগনেটিজমকে নিশ্চিত করে বলে মনে হয়। যাইহোক, প্রাথমিক ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব (ডিএফটি) অধ্যয়নগুলি ব্যান্ড ফাঁক ত্রুটি এবং অত্যধিক বিচ্ছিন্ন ত্রুটির মাত্রা দ্বারা অস্পষ্ট ছিল এবং আরও উন্নত ডিএফটি অধ্যয়নগুলি ফেরোম্যাগনেটিজমের পূর্ববর্তী বেশিরভাগ ভবিষ্যদ্বাণীকে খণ্ডন করে। একইভাবে, এটি দেখানো হয়েছে যে চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহীগুলির জন্য বেশিরভাগ অক্সাইড ভিত্তিক উপকরণ অধ্যয়নে একটি অভ্যন্তরীণ বাহক-মধ্যস্থ ফেরোম্যাগনেটিজম প্রদর্শিত হয় না যা ডিটল এট আল দ্বারা অনুমান করা হয়েছে। আজ অবধি, জি. এ. এম. এন. এ একমাত্র অর্ধপরিবাহী উপাদান যা ফেরোম্যাগনেটিজমের শক্তিশালী সহাবস্থান সহ <আই. ডি1> কে-এর কাছাকাছি উচ্চ কিউরি তাপমাত্রা পর্যন্ত অব্যাহত রয়েছে। উপকরণগুলির উৎপাদনযোগ্যতা মূল উপাদানের ডোপ্যান্টের তাপীয় ভারসাম্য দ্রবণীয়তার উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, দস্তা অক্সাইডে অনেক ডোপ্যান্টের দ্রবণীয়তা প্রচুর পরিমাণে উপকরণ প্রস্তুত করার জন্য যথেষ্ট বেশি, অন্যদিকে কিছু অন্যান্য উপকরণের ডোপ্যান্টের দ্রবণীয়তা এত কম যে পর্যাপ্ত পরিমাণে ডোপ্যান্ট ঘনত্বের সাথে তাদের প্রস্তুত করতে তাপীয় ননকুইলিব্রিয়াম প্রস্তুতির প্রক্রিয়া নিযুক্ত করতে হয়, উদাহরণস্বরূপ। পাতলা ফিল্মের বৃদ্ধি। সেমিকন্ডাক্টর ভিত্তিক উপকরণের বিস্তৃত পরিসরে স্থায়ী চুম্বকায়ন লক্ষ্য করা গেছে। তাদের মধ্যে কেউ কেউ বাহক ঘনত্ব এবং চুম্বকায়নের মধ্যে একটি স্পষ্ট সম্পর্ক প্রদর্শন করে, যার মধ্যে টি. স্টোরি এবং সহকর্মীদের কাজ রয়েছে যেখানে তারা দেখিয়েছেন যে Mn2 +-ডোপড Pb1 − xSnxTe-এর ফেরোম্যাগনেটিক কিউরি তাপমাত্রা বাহক ঘনত্ব দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে। ডিটল দ্বারা প্রস্তাবিত তত্ত্বটি প্রোটোটাইপিক্যাল চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহী, এমএন 2 +-ডোপড জিএএ-তে ম্যাঙ্গানিজ ডোপ্যান্টের চৌম্বকীয় সংযোগের মধ্যস্থতা করার জন্য গর্তের ক্ষেত্রে চার্জ বাহকগুলির প্রয়োজন ছিল। চৌম্বকীয় অর্ধপরিবাহীতে যদি গর্তের ঘনত্ব অপর্যাপ্ত থাকে, তবে কিউরি তাপমাত্রা খুব কম হবে বা শুধুমাত্র প্যারাম্যাগনেটিজম প্রদর্শন করবে। যাইহোক, যদি গর্তের ঘনত্ব বেশি হয় (> ~ 1020 সেমি−3), তবে কিউরি তাপমাত্রা 100-200 কে-এর মধ্যে বেশি হবে। তবে, অধ্যয়ন করা অনেক সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ সেমিকন্ডাক্টর হোস্ট উপাদানের জন্য একটি স্থায়ী চৌম্বকীয় বাহ্যিক প্রদর্শন করে। অনেক অধরা বহিরাগত ফেরোম্যাগনেটিজম (বা ফ্যান্টম ফেরোম্যাগনেটিজম) পাতলা ফিল্ম বা ন্যানোস্ট্রাকচার্ড উপকরণগুলিতে দেখা যায়। প্রস্তাবিত ফেরোম্যাগনেটিক সেমিকন্ডাক্টর উপকরণের বেশ কয়েকটি উদাহরণ নীচে তালিকাভুক্ত করা হয়েছে। লক্ষ্য করুন যে নীচের অনেক পর্যবেক্ষণ এবং/অথবা ভবিষ্যদ্বাণী ব্যাপকভাবে বিতর্কিত রয়ে গেছে। ম্যাঙ্গানিজ-ডোপড ইন্ডিয়াম আর্সেনাইড এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (জিএএমএনএ), কিউরি তাপমাত্রা প্রায় 50-100 কে এবং 100-200 কে, যথাক্রমে ম্যাঙ্গানিজ-ডোপড ইন্ডিয়াম অ্যান্টিমোনাইড, যা ঘরের তাপমাত্রায় এবং এমনকি 1 শতাংশ এমএন-এরও কম তাপমাত্রায় ফেরোম্যাগনেটিক হয়ে যায়। অক্সাইড অর্ধপরিবাহী ম্যাঙ্গানিজ-এবং আয়রন-ডোপড ইন্ডিয়াম অক্সাইড, ঘরের তাপমাত্রায় ফেরোম্যাগনেটিক। ফেরোম্যাগনেটিজম বাহক-ইলেকট্রন দ্বারা মধ্যস্থতাকারী বলে মনে হয়, একইভাবে যেমন GaMnA ফেরোম্যাগনেটিজম বাহক-গর্ত দ্বারা মধ্যস্থতাকারী হয়। জিঙ্ক অক্সাইড ম্যাঙ্গানিজ-ডোপড জিঙ্ক অক্সাইড এন-টাইপ কোবাল্ট-ডোপড জিঙ্ক অক্সাইড ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইডঃ ক্যাটায়ন শূন্যপদের সাথে পি-টাইপ স্বচ্ছ এম. জি. ও ফিল্ম, ফেরোম্যাগনেটিজম এবং মাল্টিলেভেল সুইচিং (মেমরিস্টর) টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইডঃ কোবাল্ট-ডোপড টাইটানিয়াম ডাই অক্সাইড (রুটাইল এবং অ্যানাটেজ উভয়), 400 কে ক্রোমিয়াম-ডোপড রুটাইলের উপরে ফেরোম্যাগনেটিক, 400 কে আয়রন-ডোপড রুটাইল এবং আয়রন-ডোপড অ্যানাটেজ, ঘরের তাপমাত্রায় ফেরোম্যাগনেটিক তামা-ডোপড অ্যানাটেজ নিকেল-ডোপড অ্যানাটেজ টিন ডাই অক্সাইড ম্যাঙ্গানিজ-ডোপড টিন ডাই অক্সাইড, কিউরি তাপমাত্রা 340 একটি সিলিকন চিপে একটি এপিটাক্সিয়াল পাতলা ফিল্ম সংশ্লেষিত করা যেতে পারে। ক্যুরি তাপমাত্রা 69 কে সহ ইউরোপিয়াম (II) অক্সাইড। ক্যুরি তাপমাত্রা ডোপিং দ্বারা দ্বিগুণেরও বেশি হতে পারে (যেমন। অক্সিজেনের ঘাটতি, জিডি)। নাইট্রাইড অর্ধপরিবাহী ক্রোমিয়াম ডোপড অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (বিএ, কে) (জেডএন, এমএন) 2এএস2: টেট্রাগোনাল গড় কাঠামো এবং অর্থোরম্বিক স্থানীয় কাঠামো সহ ফেরোম্যাগনেটিক অর্ধপরিবাহী। তথ্যসূত্র বাহ্যিক সংযোগ সেমিকন্ডাক্টর উপাদানের ধরন স্পিন্ট্রনিক্স ফেরোম্যাগনেটিক উপাদান ডিঃ Halbleiter#Semimagnetische হ্যালব্লিটার