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2010 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  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (40221949)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金澤 研  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教 (60455920)
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

本研究課題では、半導体スピントロニクスへ応用を視野に、要素技術の一つであるスピン偏極電子源の実現のため、強磁性半導体の強磁性特性の制御・向上と応用を目的として研究を行った。以下に各テーマの成果を述べる。
1.強磁性半導体(Zn,Cr)TeにおけるCr凝集と強磁性
(Zn,Cr)Teにドナーであるヨウ素をドーピングすると、結晶中でCrの凝集が生じるが、本研究ではMBE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指した。MBE成長時の温度、成長速度、成長方位などのパラメーターを変化させて成長した薄膜の結晶構造、組成を調べ、これらの条件が凝集領域の形成に与える影響を調べた。その結果、成長温度がCr凝集領域の形成に大きな影響を与え、温度によりCr凝集領域の形状が変化することを明らかにした。
2.強磁性2元化合物CrTe
(Zn,Cr)TeのCr組成を100%とした2元化合物CrTeはスピン偏極電子源として注目されている。本研究ではCrTeのMBE成長を行い、結晶構造と磁性を調べた。成長条件に対する依存性では、薄膜の結晶構造は主としてCrとTeのフラックス比により大きく変化し、両方のフラックスが同程度のストイキオメトリーの条件では体心立法構造の金属Crが析出しやすく、Teフラックス過剰の条件では六方晶Cr_<1-δ>Teが形成されることが明らかとなった。
3.四元混晶磁性半導体(Cd,Mn,Cr)Te
半導体結晶に2種類以上の磁性元素を添加した四元系の磁性半導体混晶に着目し、異なる磁性元素間の相互作用ならびに強磁性発現の研究を行った。CdTeに2種類の遷移元素Mn,Crを添加した混晶薄膜をMBEにより成長し、その磁性を調べた。その結果、僅かな量のCrの添加によりMn間の相互作用が反強磁性から強磁性へと変化し、さらに高い温度で強磁性が発現することを見出した。

  • Research Products

    (18 results)

All 2011 2010

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn_<1-x>Cr_xTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism2011

    • Author(s)
      Y.Yamazaki, T.Kataoka, V.R.Singh, A.Fujimori, F.-H.Chang, D.-J.Huang, H.-J.Lin, C.T.Chen, K.Ishikawa, K.Zhang, S.Kuroda
    • Journal Title

      Journal of Physics : Condensed Matter

      Volume: 23 Pages: 176002, 1-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] MBE growth and magnetic properties of quaternary magnetic semiconductor (Cd,Mn,Cr)Te2011

    • Author(s)
      K.Ishikawa, S.Kuroda
    • Journal Title

      Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings

      Volume: (未定(印刷中))

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of Cr-rich nano-clusters and columns in (Zn,Cr)Te grown by MBE2010

    • Author(s)
      Y.Nishio, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
    • Journal Title

      Novel Materials and Devices for Spintronics

      Volume: 1183 Pages: 9-14

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Anisotropic spin dynamics of confined electrons in CdTe/ZnTe quantum structures2010

    • Author(s)
      S.Tomimoto, S.Nozawa, Y.Terai, S.Kuroda, K.Takita, Y.Masumoto
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 81 Pages: 125313, 1-10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exciton dynamics in CdTe/ZnTe quantum structures2010

    • Author(s)
      S.Tomimoto, S.Nozawa, Y.Terai, S.Kuroda, K.Takita, Y.Masumoto
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (b)

      Volume: 248 Pages: 389-392

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 二元化合物CrTeのMBE成長における下地層の影響2011

    • Author(s)
      西尾陽太郎, 関田直也, 石川弘一郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
    • Organizer
      第58回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-25
  • [Presentation] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)TeにおけるCr凝集領域の形成と結晶構造2011

    • Author(s)
      小林広明, 西尾陽太朗, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
    • Organizer
      第58回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-25
  • [Presentation] Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn_<1-x>Cr_xTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism2010

    • Author(s)
      Y.Yamazaki, T.Kataoka, V.R.Singh, A.Fujimori, F.-H.Chang, H.-J.Lin, D.J.Huang, C.T.Chen, K.Ishikawa, K.Zhang S.Kuroda
    • Organizer
      第15回 半導体スピン工学の基礎と応用
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2010-12-20
  • [Presentation] 強磁性半導体(Zn,Cr)Teのp型変調ドープヘテロ構造の磁化特性2010

    • Author(s)
      及川晴義, 黒田眞司
    • Organizer
      第15回 半導体スピン工学の基礎と応用
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2010-12-20
  • [Presentation] 四元混晶半導体(Cd,Mn,Cr)TeのMBE成長と磁化・磁気光学特性2010

    • Author(s)
      石川弘一郎, 黒田眞司
    • Organizer
      第15回 半導体スピン工学の基礎と応用
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2010-12-20
  • [Presentation] CdTe(001)上へMBE成長した二元化合物CrTeの構造と磁化特性2010

    • Author(s)
      西尾陽太郎, 石川弘一郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
    • Organizer
      第15回 半導体スピン工学の基礎と応用
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2010-12-20
  • [Presentation] Magnetic properties of quaternary magnetic semiconductor (Cd,Mn,Cr)Te grown by MBE2010

    • Author(s)
      K.Ishikawa, S.Kuroda
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2010-09-23
  • [Presentation] (Zn,Cr)Teにおけるアクセプターのドーピングによる強磁性抑制の効果2010

    • Author(s)
      張珂, 及川晴義, 石川弘一郎, 黒田眞司
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス
    • Year and Date
      2010-09-15
  • [Presentation] 二元化合物CrTeのCdTe(001)上へのMBE成長と結晶構造解析2010

    • Author(s)
      西尾陽太郎, 石川弘一郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] Structural and magnetic properties of binary compound CrTe grown on ZnTe(001) by MBE2010

    • Author(s)
      Y.Nishio, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
    • Organizer
      The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors
    • Place of Presentation
      University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2010-08-02
  • [Presentation] Effect of acceptor co-doping in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2010

    • Author(s)
      K.Zhang, H.Oikawa, K.Ishikawa, S.Kuroda
    • Organizer
      The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors
    • Place of Presentation
      University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2010-08-02
  • [Presentation] MBE growth and magnetic properties quaternary magnetic semiconductor (Cd,Mn,Cr)Te2010

    • Author(s)
      K.Ishikawa, S.Kuroda
    • Organizer
      30th International Conference on the Physics of Semiconductors
    • Place of Presentation
      COEX, Seoul, Korea
    • Year and Date
      2010-07-26
  • [Presentation] Hydrogen mediated ferromagnetic switching effect in Co-doped ZnO semiconductor2010

    • Author(s)
      Sung-Jin Kim, Yong Chan Cho, Seunghun Lee, Sungkyun Park, Chul Hong Park, Il Kyoung Jeong, Shinji Kuroda, Se-Young Jeong
    • Organizer
      30th International Conference on the Physics of Semiconductors
    • Place of Presentation
      COEX, Seoul, Korea
    • Year and Date
      2010-07-26

URL: 

Published: 2012-07-19  

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