希薄磁性半導体と超伝導体の複合構造における三角格子量子ドットの制御とその応用

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09305001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 滝田 宏樹 筑波大学, 物質工学系, 教授 (00011213)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒田 眞司 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40221949)
• Keywords: 希薄磁性半導体 / 第2種超伝導体 / 巨大ゼーマン分裂 / ファンデルワールスエピタキシ- / 磁束量子 / 量子ドット

Research Abstract

希薄磁性半導体と第2種超伝導体を接合させた複合構造を作製すると、第2種超伝導体の混合状態における渦糸の規則的な配置により、それと接合する希薄磁性半導体に印加される磁束密度が空間的な変調を受ける。従って渦糸の部分にのみ局所的に強い磁束密度が印加されることになり、磁束量子によるドット状の閉じ込め(「磁気変調スピン量子ドット」)の形成が期待される。
本研究ではこのような構造を実現するため、第2種超伝導体としてNbSe_2(T_C=7.2K)を選び、その(0001)劈開面上にMBEによりCd_<1-x>Mn_xTeおよびCdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe単一量子井戸(SQW)を成長させた。NbSe_2は層状物質であり、c軸方向の結合はファンデルワールス力によっているため、(0001)面上へのCdTe,Cd_<1-x>Mn_xTeの成長は、疑似的なファンデルワールスエピタキシ-となり、約33%の格子不整合があるにもかかわらず、格子歪のない良質な薄膜を成長させることが可能である。成長初期過程でのRHEEDは、NbSe_2(0001)面のストリーク像からCdTeないしCd_<1-x>Mn_xTe(111)面のストリーク像に連続的に変化し、成長の初期過程から平坦な2次元成長が行われていることがわかった。
このようにしてNbSe_2上に成長させたCd_<1-x>Mn_xTeまたはCdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe SQWのPL測定の結果は、自由励起子からと思われる比較的狭い発光スペクトルを示しており、光物性上も高品質の薄膜が成長できたことを示している。さらにこれらの試料の磁場中でのPL測定を行ったところ、NbSe_2が混合状態となる温度・磁場域で、発光スペクトルの半値幅の磁場依存性に異常な振る舞いが観測されており、これが磁束線格子による量子閉じ込め効果によるものかどうか検討している。

Research Products

• [Publications] S. Kuroda et al.: "Magneto-optical study of interface broadening of CdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe quantum wells" Journal of Crystal Growth. (in press).
• [Publications] S.Kuroda et al.: "Self-organized quantum dots of zinc-blende MnTe grown by molecular beam epitaxy" Journal of Crystal Growth. (in press).