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2008 Fiscal Year Annual Research Report

強磁性半導体の特性制御とスピン源への応用

Planned Research

Project AreaCreation and control of spin current
Project/Area Number 19048011
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

黒田 眞司  University of Tsukuba, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (40221949)

Keywordsスピントロニクス / スピン偏極電子源 / 強磁性半導体 / クラスター / ハーフメタル / 磁気光学効果 / 異常ホール効果
Research Abstract

本研究では、半導体スピントロニクスの要素技術の一つである電子のスピン制御を目指し、強磁性半導体の強磁性特性の制御・向上とその結果得られた結晶のスピン偏極電子源への応用の可能性を探索することを目的としている。これまでの研究で、強磁性半導体である(Zn, Cr)Teにドナーあるいはアクセプター性不純物をドーピングすると、結晶中のCr組成分布の均一度が変化し、それにより試料の強磁性特性が大幅に変化することを見出している。特にドナーであるヨウ素をドーピングした結晶ではCrが高濃度に凝集したナノ結晶が形成されることにより、強磁性転移温度が大幅に上昇する。本課題はこの成果に基づき、分子線エピタキシー(MBE)による結晶成長において、成長条件によりCr凝集領域の形成を制御し、強磁性特性を向上させることを目的とした。具体的には、ドーピング濃度、成長中の基板温度、成長速度などの種々の条件を系統的に変化させ、Cr組成分布と磁化特性を調べ、これらの条件がクラスター形成と磁化特性にどのような影響を与えるかを明らかにした。その結果、成長中の基板温度がCr凝集領域の形成に大きな影響を与え、特にCrの平均組成が高い場合には、基板温度の上昇によりCr凝集領域の形状が0次元のクラスター状から1次元の柱状に変化することを見出した。このような変化の原因は、基板温度の上昇により成長表面の原子のマイグレーションが促進され、Iayer-by-layerの成長モードでCr凝集領域が成長方向に連続するためであると考えられる。Cr凝集領域の内部は閃亜鉛鉱(ZB)型の結晶構造を保ったまま高いCr組成となっていることが種々の分析により明らかとなっている。ZB型のCrTeは理論的にはスピン偏極度100%のハーフメタルであると予想されており、Cr凝集クラスターないし柱状領域はスピン偏極電子源としての有用性が高いことが示された。

  • Research Products

    (18 results)

All 2009 2008

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behavior in magnetic semiconductor (Zn, Cr)Te2009

    • Author(s)
      K. Ishikawa, et.al.
    • Journal Title

      Proceedings of 29^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors (in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetooptical properties of n-type modulation-doped (Cd, Cr)Te quanturn well2008

    • Author(s)
      F. Takano, et.al.
    • Journal Title

      Physica E 40

      Pages: 1166-1168

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Consistent anisotropic behaviors between the magnetic and the magneto-optical properties in Zn_<1-x>Co_xO thin films2008

    • Author(s)
      J. W. Lee, et.al.
    • Journal Title

      Journal of the Korean Physical Society 53

      Pages: 309-312

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlation between Cr Distribution and Ferromagnetism in Iodine-Doped (Zn, Cr)Te2008

    • Author(s)
      N. Nishizawa, et.al.
    • Journal Title

      Journal of the Korean Physical Society 53

      Pages: 2917-2920

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 軟X線磁気円二色性を用いたZn_<1-x>Cr_xTe薄膜の電子状態に関する研究2009

    • Author(s)
      山崎陽他
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] Cd_<1-x>Mn_xTe/ZnTe自己形成量子ドットにおける電子スピンダイナミクス2009

    • Author(s)
      冨本慎一他
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] CdMnTe/ZnTe量子構造の光励起状態におけるスピンダイナミクス2009

    • Author(s)
      冨本慎一他
    • Organizer
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] ヨウ素ドープ(Zn, Cr)Teの蛍光XAFS法による局所構造評価2009

    • Author(s)
      大渕博宣他
    • Organizer
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] CdTe/ZnTe量子構造における電子スピンダイナミクスの温度変化g因子の異方性2009

    • Author(s)
      野澤伸介他
    • Organizer
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] CdTe/ZnTe量子ドット中の閉じ込め電子のg因子とスピン緩和2009

    • Author(s)
      野澤伸介他
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-28
  • [Presentation] 半導体における磁性売素の高濃度ドーピングと非一様分布2009

    • Author(s)
      黒田眞司
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-28
  • [Presentation] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic properti es of (Zn, Cr)Te2008

    • Author(s)
      S. Kuroda, et.al.
    • Organizer
      53^<rd> Annual Conference on Magnetismand Magnetic Materials (MMM-53)
    • Place of Presentation
      Austin, USA
    • Year and Date
      2008-11-11
  • [Presentation] CdTe/ZnTe量子井戸及び自己形成量子ドットにおける時間分解カー回転測定2008

    • Author(s)
      冨本慎一他
    • Organizer
      日本物理学会2008年秋季大会
    • Place of Presentation
      岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-20
  • [Presentation] (Zn, Cr)Teにおける高Cr組成の柱状領域の形成2008

    • Author(s)
      石川弘一郎他
    • Organizer
      第69回応用物理学学術講演会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2008-09-04
  • [Presentation] 半導体へのスピン注入とデバイス応用への展望2008

    • Author(s)
      黒田眞司
    • Organizer
      第69回応用物理学学術講演会
    • Place of Presentation
      中部大学
    • Year and Date
      2008-09-03
  • [Presentation] Magnetic properties of magnetic semiconductors with inhomogeneous distribution of magnetic elements2008

    • Author(s)
      K. Ishikawa, et.al.
    • Organizer
      5^<th> International Conference on Physicsand Application of Spinrelated Phenomena in Semiconductors (PASPS-V)
    • Place of Presentation
      Foz do Iguacu, Brazil
    • Year and Date
      2008-08-04
  • [Presentation] Control of nanocluster formation and ferromagnetic properties in diluted magnetic semiconductors (invited)2008

    • Author(s)
      S. Kuroda
    • Organizer
      29^<th> International Conference on the Physi cs of Semiconductors (ICPS-29)
    • Place of Presentation
      Rio de Janeiro, Brazil
    • Year and Date
      2008-07-31
  • [Presentation] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behaviors in magnetic semiconductor (Zn, Cr)Te2008

    • Author(s)
      K. Ishikawa, et.al.
    • Organizer
      29^<th> International Conference on the Physi cs of Semiconductors (ICPS-29)
    • Place of Presentation
      Rio de Janeiro, Brazil
    • Year and Date
      2008-07-29

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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