電気的に検出される磁気共鳴

電気的に検出される磁気共鳴( EDMR ) は、電子スピン共鳴を改良した材料特性評価技術です。特定のマイクロ波周波数にさらされたときのサンプルの電気抵抗の変化を測定します。半導体内の非常に微量 (数百個の原子まで) の不純物を識別するために使用できます。

パルスEDMR実験を行うには、^[1]まずシステムを磁場内に配置して初期化します。これにより、ドナーとアクセプターを占める電子のスピンが磁場の方向に向きます。ドナーを調べるには、ドナーの共鳴周波数でマイクロ波パルス（図の「γ」）を適用します。これにより、ドナー上の電子のスピンが反転します。次に、ドナー電子はアクセプターエネルギー状態に崩壊し（反転する前はパウリの排他原理によりその状態になることは禁止されていました）、そこから価電子帯に移動して、正孔と再結合します。再結合が増えると、伝導帯の伝導電子が少なくなり、それに応じて抵抗が増加します。これは直接測定できます。実験全体を通してバンドギャップを超える光が使用され、伝導帯に多くの電子があることを確認します。

マイクロ波パルスの周波数をスキャンすることで、どの周波数が共鳴しているかがわかります。また、磁場の強さがわかれば、共鳴周波数とゼーマン効果の知識からドナーのエネルギーレベルを特定できます。ドナーのエネルギーレベルは「指紋」として機能し、これによってドナーとその局所的な電子環境を特定できます。周波数をわずかに変更することで、代わりにアクセプターを調べることができます。

EDMRは量子ドットからの単一電子で実証されている。^[2] 100個未満のドナーの測定^[3]とそのような測定の理論的解析^[4]が発表されており、Pb界面欠陥がアクセプターとして作用することに依存し_て いる。