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強磁性酸化物半導体の高温強磁性の微視的機構

Publicly Offered Research

Project AreaCreation and control of spin current
Project/Area Number 21019004
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo (2010)
Tohoku University (2009)

Principal Investigator

福村 知昭  東京大学, 大学院・理学系研究科, 准教授 (90333880)

Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2010)
Budget Amount *help
¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
Fiscal Year 2010: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Keywordsスピンエレクトロニクス / 磁性 / 物性実験 / 半導体物性
Research Abstract

コバルトドープ二酸化チタンは室温強磁性を示す強磁性半導体である。しかしながら、通常の強磁性半導体のように強磁性の交換相互作用をキャリアが媒介しているかどうか明らかでなかった。前年度に引き続き、電界効果による電界ドーピングおよび酸素欠損量の調整による化学ドーピング、と二つの異なる手法で電子ドーピングを行った結果、双方でキャリア濃度の増加とともに異常ホール効果の増大が見られた。キャリア濃度による顕著な磁気異方性の変化は見られないことから、キャリア濃度の変化で磁化の回転は生じていない。したがって、キャリア増加による異常ホール効果の増大は磁化の増大を示し、電子キャリアが強磁性の交換相互作用を媒介していることが明らかになった。この結果は、室温強磁性を電界効果で制御したはじめての例といえ、室温半導体スピントロニクスへの展開に期待が持てる。また、特定領域内の東大藤森教授グループとの共同研究で、全電子収量および全蛍光収量のX線磁気円二色性分光を行った結果、それぞれ試料表面および試料内部の磁化の定量的測定に成功した。試料内部の磁化の大きさは磁束計による磁化測定とほぼ一致し、バルク磁化といえる。一方、表面磁化はバルク磁化より顕著に小さかった。強磁性が電子キャリアに媒介されていることを考えると、試料表面ではバンドベンディングにより電子キャリアが空乏化しており、表面磁化の減少が起きていると考えられる。これは強磁性半導体に一般に起きうる現象である。

Report

(2 results)
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (36 results)

All 2011 2010 2009

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (33 results)

  • [Journal Article] Bulk and surface magnetization of Co atoms in rutile Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ> thin filmsrevealed by X-ray magnetic circular dichroism2011

    • Author(s)
      V.R.Singh, Y.Sakamoto, T.Kataoka, M.Kobayashi, Y.Yamazaki, A.Fujimori, F.-H.Chang, D.-J.Huang, H.-J.Lin, C.T.Chen, H.Toyosaki, T.Fukumura, M.Kawasaki
    • Journal Title

      J.Phys.: Condens.Matter

      Volume: (In press(掲載確定))

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      2010 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Electrically induced ferromagnetism at room temperature in cobalt-doped titanium dioxide2011

    • Author(s)
      Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, L.Gu, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara, M.Kawasaki
    • Journal Title

      Science

      Volume: (In press(掲載確定))

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  • [Journal Article] 酸化物半導体スピントロニクス2011

    • Author(s)
      福村知昭, 山崎高志, 山田良則, 上野和紀, 川崎雅司
    • Journal Title

      表面科学

      Volume: 32 Pages: 134-138

    • NAID

      10027904828

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  • [Presentation] Ti_<1-x>CO_xO_<2-δ>ゆの化学ドーピングによる強磁性制御:電界効果との比較2011

    • Author(s)
      山田良則, 上野和紀, 福村知昭, 袁洪涛, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      厚木
    • Year and Date
      2011-03-26
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  • [Presentation] Carrier-induced ferromagnetism of cobalt, doped anatase TiO_2 thin films studied by soft x-ray magnetic circular dichroism2011

    • Author(s)
      V.R.Singh, T.Kataoka, Y.Yamazaki, V.K.Verma, G.Shibata, A.Fujimori, F.-H.Chang, H.-J.Lin, D.-J.Huang, C.T.Chen, Y.Yamada, T.Fukumura, M.Kawasaki
    • Organizer
      日本物理学会第66回年次大会
    • Place of Presentation
      新潟
    • Year and Date
      2011-03-25
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      Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
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      グローバルCOEプログラム「材料インテグレーション国際教育研究拠点」2010年度若手研究者研究報告会
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      仙台
    • Year and Date
      2011-03-01
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      V.R.Singh, T.Kataoka, Y.Yamazaki, A.Fujimori, F.-H.Chang, H.-J.Lin, D.-J.Huang, C.T.Chen, Y.Yamada, T.Fukumura, M.Kawasaki
    • Organizer
      The 4th Indo-Japan Seminar "Electronic Structure of Novel Magnetic and Superconducting Materials"
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      2011-02-02
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      福村知昭、山田良則、上野和紀、袁洪涛、下谷秀和、岩佐義宏、川崎雅司
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      特定領域研究「スピン流の創出と制御」平成22年度研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2011-01-07
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  • [Presentation] 電気二重層を用いたTi_<1-x>Co_xO_<2-δ>の室温強磁性制御2010

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      山田良則, 上野和紀, 福村知昭, 袁洪涛, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      第15回 半導体スピン工学の基礎と応用PASPS-15
    • Place of Presentation
      つくば
    • Year and Date
      2010-12-20
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      Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      第7回金研若手学校2010
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2010-12-02
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      福村知昭
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      分子科学研究所所長招聘研究会「2020年の物質分子科学を語る」
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      岡崎(招待講演)
    • Year and Date
      2010-12-01
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  • [Presentation] CoドープTiO_2の室温強磁性の電界制御2010

    • Author(s)
      福村知昭, 山田良則, 上野和紀, 袁洪涛, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      第4回 物性科学領域横断研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-11-14
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  • [Presentation] Revealing atomic arrangement in Co-doped anatase TiO_2 thin films2010

    • Author(s)
      L.Gu, S.Tsukimoto, Y.Yamada, T.Fukumura, M.Kawasaki, Y.Ikuhara
    • Organizer
      IMC17-International Microscopy Congress
    • Place of Presentation
      Rio de Janeiro, Brail
    • Year and Date
      2010-09-20
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  • [Presentation] Electrical manipulation of room temperature ferromagnetism in a magnetic oxide semiconductor2010

    • Author(s)
      T.Fukumura, Y.Yamada, K.Ueno, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      The 6th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2010-08-03
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  • [Presentation] CoドープTiO_2の高温強磁性と結晶の微細構造2010

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      福村知昭、山田良則、上野和紀、袁洪涛、下谷秀和、岩佐義宏、谷林、着本享、幾原雄一、川崎雅司
    • Organizer
      2010年度特定領域研究「スピン流の創出と制御」研究会
    • Place of Presentation
      宇治
    • Year and Date
      2010-06-23
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  • [Presentation] Electric field control of room temperature ferromagnetism in Co-doped TiO_22010

    • Author(s)
      T.Fukumura
    • Organizer
      CIMTEC 2010-12th International Conference on Modem Materials and Technologies
    • Place of Presentation
      Tuscany, Italy(招待講演)
    • Year and Date
      2010-06-11
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric field effect on room temperature ferromagnetism in Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ>2010

    • Author(s)
      Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      The 37th International Symposium on Compound Semiconductors
    • Place of Presentation
      Takamatsu, Japan
    • Year and Date
      2010-06-02
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  • [Presentation] Electrical Control of Room Temperature Ferromagnetism in Magnetic Oxide Semiconductor2010

    • Author(s)
      T.Fukumura
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      International Conference on Superconductivity and Magnetism, ICSM2010
    • Place of Presentation
      Antalya, Turkey
    • Year and Date
      2010-04-28
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  • [Presentation] Indication of intrinsic ferromagnetism in anatase Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ> thin films : An x-ray magnetic circular dichroism study2010

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      V.R.Singh, T.Kataoka, Y.Yamazaki, A.Fujimori, F.-H.Chang, H.-J.Lin, D.-J.Huang, C.T.Chen, Y.Yamada, T.Fukumura, M.Kawasaki
    • Organizer
      日本物理学会 第65回年次大会
    • Place of Presentation
      岡山県岡山市
    • Year and Date
      2010-03-21
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric field control of room temperature ferromagnetism in anatase Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ>2010

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      Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      グローバルCOEプログラム「材料インテグレーション国際教育研究拠点」2009年度 若手研究者研究報告会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2010-03-09
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 室温強磁性半導体CoドープTiO_2における強磁性の膜厚効果2010

    • Author(s)
      中野匡規, 福村知昭, 山田良則, 上野和紀, 川崎雅司
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      東北大学研究所連携プロジェクト第3期平成21年度成果報告会-ヒューマンサイエンス&テクノロジー
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      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2010-02-08
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  • [Presentation] CoドープTiO_2の異常ホール効果の電界制御2010

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      福村知昭, 山田良則, 上野和紀, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      特定領域研究「スピン流の創出と制御」平成21年度研究会
    • Place of Presentation
      東京都文京区
    • Year and Date
      2010-01-14
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  • [Presentation] CoドープTiO_2の表面における強磁性の抑制2009

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      中野匡規, 福村知昭, 山田良則, 上野和紀, 川崎雅司
    • Organizer
      第14回半導体スピン工学の基礎と応用PASPS-14
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市
    • Year and Date
      2009-12-21
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  • [Presentation] 透明スピントロニクス2009

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      福村知昭
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      第3回東北大学G-COE研究会「金属錯体の固体物性科学最前線-錯体化学と 固体物性物理と生物物性の連携新領域創成を目指して-」
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      宮城県仙台市
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      2009-12-20
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  • [Presentation] アナターゼ型Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ>の室温強磁性に対する電気二重層を用いた電界効果2009

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      山田良則, 上野和紀, 福村知昭, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      第118回東北大学金属材料研究所講演会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2009-11-26
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  • [Presentation] Electric field effect on room temperature ferromagnetism in a magnetic oxide semiconductor2009

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      T.Fukumura, Y.Yamada, K.Ueno, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      RIEC-CNSI Workshop on Nanoelectronics, Spintronics and Photonics
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2009-10-23
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] High throughput combinatorial materials exploration for advanced magneto-electronics2009

    • Author(s)
      福村知昭
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      SSDM 2009(International Conference on Solid State Devices and Materials)
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2009-10-08
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 光照射によるTi_1-χCo_χO_2の電子状態変化III2009

    • Author(s)
      山下直飛人, 須田山貴亮, 田久保耕, 溝川貴司, 山田良則, 豊崎秀海, 福村知昭, 川崎雅司
    • Organizer
      物理学会2009年秋季大会
    • Place of Presentation
      熊本県熊本市
    • Year and Date
      2009-09-25
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Transparent oxide spintronics2009

    • Author(s)
      T.Fukumura, Y.Yamada, K.Ueno, H. Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      Japan-Korea Asian Core Program General Meeting/Global COE Program International Conference "Interdisciplinary Science of Nanomaterials"
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2009-09-25
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] アナターゼ型Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ>の室温強磁性の電界制御2009

    • Author(s)
      山田良則, 上野和紀, 福村知昭, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      2009年秋季 第70回 応用物理学会 学術講演会
    • Place of Presentation
      富山県富山市
    • Year and Date
      2009-09-11
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  • [Presentation] CoドープTiO_2の室温強磁性の電界効果2009

    • Author(s)
      福村知昭, 山田良則, 上野和紀, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      特定領域研究「スピン流の創出と制御」平成21年度研究会
    • Place of Presentation
      北海道札幌市
    • Year and Date
      2009-08-11
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Room temperature ferromagnetic semiconductor Co-doped TiO_2 films grown on glass by sputtering method2009

    • Author(s)
      T.Fukumura, T.Yamasaki, Y.Yamada, K.Ueno, M.Nakano, T.Makino, M.Kawasaki
    • Organizer
      The 14th International Conference on Modulated Semiconductor structures(MSS-14)
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市
    • Year and Date
      2009-07-21
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric Field Control of Room Temperature Ferromagnetism in Cobalt-Doped TiO_22009

    • Author(s)
      T.Fukumura, Y.Yamada, K.Ueno, M.Nakano, H.Shimotani, Y.Iwasa, M.Kawasaki
    • Organizer
      Fifth Intern'l School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology(SPINTECH 5)
    • Place of Presentation
      Cracow, Poland
    • Year and Date
      2009-07-10
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  • [Presentation] Titanium dioxide-based transparent spintronics(招待パネル)2009

    • Author(s)
      福村知昭
    • Organizer
      第8回日仏ナノマテリアルワークショップ
    • Place of Presentation
      茨城県つくば市
    • Year and Date
      2009-06-16
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      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] アナターゼ型Ti_<1-x>Co_xO_<2-δ>の室温強磁性の電界制御2009

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      山田良則, 上野和紀, 福村知昭, 中野匡規, 下谷秀和, 岩佐義宏, 川崎雅司
    • Organizer
      第117回東北大学金属材料研究所講演会
    • Place of Presentation
      宮城県仙台市
    • Year and Date
      2009-05-14
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  • [Presentation] Exploration of Functional Inorganic Materials with Combinatorial Thin Film Library2009

    • Author(s)
      福村知昭
    • Organizer
      MRS Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      2009-04-17
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      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2018-03-28  

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