磁気秩序構造を有する透明アモルファス酸化物半導体の創成
| Project/Area Number |
21K19021
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
柳 博 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30361794)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | アモルファス酸化物半導体 / 正の磁気抵抗 / 巨大磁気抵抗 / 磁性半導体 / 磁気抵抗 / アモルファス / 酸化物半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
社会のIT化を推し進める電子機器は半導体が有するキャリアの極性で制御されてきた。これにスピンの自由度を加えるべく磁性半導体の研究が盛んに行われているが、これまでに室温で磁性を発現する磁性半導体は実現してない。本研究では、室温で磁性を発現する「新規透明アモルファス磁性半導体」の実現を目指す。まず結晶相では室温以上のキュリー点もしくはネール点を持つ構成材料に注目。これに別の元素をわずかに加えることで結晶の持つ秩序構造をわずかに破壊しアモルファス化することで室温での磁性の発現を抑制する。ここに伝導キャリアを導入し、伝導キャリアと磁性イオンとの相互作用により室温での磁性の発現と制御を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、アモルファス酸化物半導体が表す磁気抵抗効果に関する研究を行った。アモルファスなIn-M-O薄膜（M:遷移金金属元素）と比較実験として全率固溶体を作る多結晶Cd-Ni-O薄膜について研究を進めた。
前年度までの研究でアモルファスIn-Ni-O系酸化物半導体においては、キャリア濃度が~10^19 cm^-3でNi濃度6%と7%の薄膜試料において、5K、9T印加時に最大値である100％の正の磁気抵抗を得た。キャリア濃度が10^20 cm^-3の時には巨大磁気抵抗は観察されなかったことからさらなるキャリア濃度の低下による磁気抵抗の増加が期待された。今年度はキャリア濃度、Ni濃度をさらに最適化することで巨大抵抗の値は146%まで増加することができた。試料数を増やして評価したところ、磁気抵抗の大きさはNi濃度やキャリア濃度に対して単調な変化を示さなかった。一方低温での抵抗率の影響は磁気抵抗の大きさをうまく反映していた。これまでの議論で用いてきたキャリア濃度は室温でのデータであったため低温物性である巨大磁気抵抗をうまく反映していなかったと考えられる。
この巨大磁気抵抗効果がアモルファス固有の現象であるかを評価するために全率固溶体を作るCd-Ni-O系薄膜についても同様の研究を行った。その結果、Ni濃度30%、キャリア濃度10^20 cm^-3で60%程度の正の磁気抵抗が観測された。低温での電気特性の温度依存性を調べたところVRHが支配的であることが明らかとなり、この伝導機構が正の巨大磁気抵抗発現に起因していることはアモルファスの場合と共通と推測される。またCd-Ni-O系薄膜においては、深い局在準位が正の磁気抵抗に大きな影響を及ぼしていることが明らかとなった。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
