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Growth of high-quality thin films of the novel ZnAs-based magnetic semiconductors and improving the properties

Research Project

Project/Area Number 17H02921
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Ikuta Hiroshi  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30231129)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 畑野 敬史  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00590069)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2017: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Keywords磁性半導体 / 砒化亜鉛化合物 / 薄膜成長 / 電子構造制御 / 分子線エピタキシー
Outline of Final Research Achievements

We studied thin film growth of BaZn2As2, the mother compound of novel dilute magnetic semiconductors that are drawing considerable attention in recent years. The thin film growth of this compound had been possible only by a complex, five-step process until the start of the present study, while we have established a simple one-step growth method by means of molecular beam epitaxy. Thin films in which Fe was partially substituted for Zn were also grown. Transport measurements revealed that the partially Fe substituted films are n-type semiconductors, and the energy gap decreased with Fe content. The magnetization measurements showed that the Fe substituted films exhibit ferromagnetic behavior. Single crystals of compounds in which As was replaced by Sb or P were also grown, and the physical properties were studied. In particular, we observed a ferromagnetic behavior at room temperature for the Sb-based compound.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現代の情報化社会を支える電子素子のさらなる高性能化を目指したスピントロニクス研究が精力的に進められている。特に、室温以上で強磁性を示す優れた磁性半導体が開発されれば、既存の半導体技術と親和性の高い新規デバイスの開発につながると期待される。近年、BaZn2As2を母相とする新たな磁性半導体が相次いで報告され注目されている。薄膜はデバイス応用にも、また基礎物理解明にも重要である。本研究では、この系のエピタキシャル薄膜を成長する手法を確立した。また、Znの一部をFeに置換した薄膜も成長し、強磁性的振舞いを観測した。さらには関連物質の物性測定により、これらの系に関する様々な知見が得られた。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (13 results)

  • [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique Federale de Lausanne(スイス)

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  • [Int'l Joint Research] Max-Planck Inst. Solid State Research(ドイツ)

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  • [Journal Article] Nonmonotonic and anisotropic magnetoresistance effect in antiferromagnet CaMn2Bi22018

    • Author(s)
      Kawaguchi N.、Urata T.、Hatano T.、Iida K.、Ikuta H.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 97 Issue: 14 Pages: 140403-140403

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.140403

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    • Peer Reviewed
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      伊藤巧, 廣瀬翔一, 浦田隆広, 畑野敬史, 飯田和昌, 生田博志
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      第79回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 磁性半導体候補物質(Ba,K)(Zn,Mn)2P2 における磁気及び輸送特性2018

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      廣瀬 翔一, 伊藤 巧, 浦田 隆広, 畑野 敬史, 飯田 和昌, 生田 博志
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      伊藤巧,浦田隆広,生田博志
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      石川直弥,浦田隆広,川口直樹,畑野敬史,飯田和昌,岡田達典,生田博志
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
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      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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