1997 Fiscal Year Annual Research Report
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09244103
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Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大野 英男 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00152215)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樽茶 清悟 日本電信電話(株), 基礎研究所・材料物性研究部, 主幹研究員
鈴木 直 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40029559)
勝本 信吾 東京大学, 物性研究所, 助教授 (10185829)
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| Keywords | 希薄磁性半導体 / (Ga,Mn)As / RKKY相互作用 / sp-d交換相互作用 / スピン緩和 / 金属絶縁体遷移(リエントラント) / 巨大磁気抵抗 / 人工原子 |
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| Research Abstract |
本年度は主に、分子線エピタキシ法により作製した磁性半導体GaMnAsとその超構造について、その強磁性発現機構やキャリア状態を解明した。また、非磁性半導体をベースとした人工原子を形成し、その中の電子状態をトンネルスペクトルスコピにより観測した。
1.磁性半導体(GaMnAs)とその超構造を形成し、磁気輸送特性及び磁気光学特性を調べた結果、GaMnAsの強磁性発現機構がRKKY相互作用であることを解明し、その大きさについて定量的に明らかにした。さらに(Ga,Mn)As/(Al,Ga)As/(Ga,Mn)Asの3層構造で、非磁性半導体で隔てられた強磁性(Ga,Mn)As間にもキャリアを媒介とした相互作用が働いていることを示す結果を得た。また、半導体量子井戸におけるキャリアの輸送特性とスピン緩和時間の関係を明らかにした。2.磁性半導体InMnAsとGnMnAsの薄膜の極低温(〜30mK)までの電気伝導特性をを0〜15Tの磁場中で測定した。特に、Mn濃度が7%のGaMnAsは1K以下で伝導特性に大きな異方性があることを見い出した。これはGaMnAsにかかる歪とその異方性に起因し、それが磁気抵抗や絶縁体金属移転等のGaMnAsの特異な伝導特性に影響していると考えられる。3.閃亜鉛鋼型GaMnAsの電子状態を第一原理計算により求めた。閃亜鉛鋼型MnAsにおいては、最近接Mn原子間に強磁性的な有効交換相互作用が働いていること、また強磁性状態のGaMnAsの価電子帯のキャリア・スピンとMn原子上のスピンとの相互作用は反強磁性的であるという知見を得た。4.非磁性GaAs/AlGaAs/InGaAsヘテロ接合半導体を用いて量子ドット(人工原子)を作製し、磁場中での様々な電子状態遷移(スピン状態遷移、スピン偏極、フント則の消失等)が基底状態と励起状態の交叉に起因することを初めて明らかにした。
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[Publications] F.Matsukura: "Growth and properties of(Ga,Mn)As:A new III-V diluted magnetic semiconductor" Appl.Surf.Sci.113/114. 178-182 (1997)
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[Publications] A.Shen: "Epitaxy and properties of InMnAs/AlGaSb diluted magnetic III-V semiconductor heterostructure" Appl.Surf.Sci.113/114. 183-188 (1997)
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[Publications] A.Shen: "Epitaxy of(Ga,Mn)As,a new diluted magnetic semiconductor based on GaAs" J.Cryst.Growth. 175/176. 1069-1074 (1997)
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[Publications] A.Shen: "(Ga,Mn)As/GaAs diluted magnetic semiconductor superlattice structures prepared by molecular beam epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.36. L73-L75 (1997)
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[Publications] S.P.Guo: "InAs self-organized quantum dashes grown on GaAs(211)B" Appl.Phys.Lett.70. 2738-2740 (1997)
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[Publications] A.Oiwa: "Nonmetal-metal-nonmetal transition and large negative magnetoresistance in(Ga,Mn)As" Solid State Communn.103. 209-213 (1997)
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[Publications] A.Shen: "Reflection high-energy electron diffraction oscillaton during growth of GaAs at low temperatures under high As overpressure" Appl.Phys.Lett.71. 1540-1542 (1997)
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[Publications] H.Ohno: "Preparation and properties of III-V based new diluted magnetic semiconductors" Advances in Colloid and Interface Science. 71/72. 61-75 (1997)
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[Publications] F.Matsukura: "Transport Properties and Origin of Ferromagnetism in(Ga,Mn)As" Phys.Rev.B. 57. R2037-R2040 (1997)
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[Publications] H.Ohno: "Ferromagnetic(Ga,Mn)As and its heterostructures" Physica B 発表予定. (1998)
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[Publications] T.Kuroiwa: "Faraday rotation of ferromagnetic(Ga,Mn)As" Electron.Lett.34. 190-191 (1998)
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[Publications] A.Oiwa: "Giant Negative Magnetoresistance of(Ga,Mn)As/GaAs in the Vicinity of a Metal-Insulator Transitions" Physica status solidi. (発表予定). (1998)
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[Publications] S.Katsumoto: "Storngly Anisotropic Hopping Conduction in(Ga,Mn)As/GaAs" Physica status solidi. (発表予定). (1998)
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[Publications] A.Oiwa: "Low Temperature Conduction and Giant Negative Magnetoresistance in III-V Based Diluted Magnetic Semiconductor:(Ga,Mn)As/GaAs" Physica B. (発表予定). (1998)
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[Publications] M.Shirai: "Band structures of zinc-blende type MnAs and(MnAs)_1(GaAs)_1 superlattice" J.Magn.Magn.Mater.117-181(発表予定). (1998)
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[Publications] S.Tarucha: "Atomic-like properties of semiconductor quantum dots" Jpn.J.Appl.Phys.36. 3917-3920 (1997)
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[Publications] D.G.Austing: "Vertical single electron transistor with separate gates" Jpn.J.Appl.Phys.36. 4151-4155 (1997)
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[Publications] L.P.Kouwenhoven: "Excitation spectra of circular few--electron quantum dots" Science. 278. 1788-1792 (1997)
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[Publications] D.G.Austing: "Multiple-gated submicron vertical tunneling structures" Semicond.Sci.Technol.12-5. 631-636 (1997)
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[Publications] Y.Tokura: "Many body effects in an artificial atom" Physica B. (発表予定). (1998)
