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瑞典、德國和台灣研究人員使用一種新穎的佈植技術，成功製作摻雜磁性錳(Mn)離子的單晶砷化鎵(GaAs)奈米線(nanowire)。一般半導體製程很難用來成長此類磁性奈米線，而此新方法意味著使用現有矽科技即能直接將磁性元件整合至矽晶片上。
此研究團隊由瑞典隆德(Lund)大學的Hakan Pettersson所領軍，成員來自瑞典哈爾姆斯塔德(Halmstad)大學和林奈(Linneaus)大學、德國耶拿(Jena)大學和台灣東華大學等。他們製作的錳摻雜奈米線展現非常大的負磁阻(magnetoresistance)，亦即當外加磁場變大時，材料的電阻值會劇烈下降。此外，此奈米線內存在多種複雜的磁性交互作用，導致材料表現出同時類似順磁性物質(paramagnet)及所謂的自旋玻璃(spin-glass)的行為。
為了測量奈米線的電阻，他們把奈米線從原先成長的基板轉移至覆蓋二氧化矽(SiO2)絕緣薄層的矽基板上，其上已預先定義好參考標記與墊片。此舉有助於校準奈米線，以獲得更正確的磁阻量測值。研究人員利用電子束蝕刻(electron beam lithography)來製作連接個別奈米線至墊片的接點，並且在不同的溫度和磁場方向下(平行與垂直奈米線)測量磁阻。
該研究團隊接著將大量磁奈米線著轉移至其他類二氧化矽基板上，並進行極為靈敏的超導量子干涉儀(SQUID)量測，實驗結果能讓研究人員瞭解此奈米線負磁阻背後複雜的物理機制，例如磁性半導體奈米結構內的傳輸機制，並可望應用於磁場積體感測器的製作。
此研究團隊目前計畫研究錳離子間的電洞介導耦合(hole-mediated coupling)如何影響磁性半導體中的鐵磁性(ferromagnetism)，其中一種可能方式是利用電閘極調控奈米線中的電洞濃度。倘若成功，如此策略將有助於研發新型積體磁元件，如電晶體和記憶體等。此外，藉由電閘極改變磁相位亦有助於研究奈米尺度下的磁性。詳見Nano Letters｜ DOI: 10.1021/nl402229r。 |