交換結合を利用したヘマタイト-イルメナイト系磁性半導体薄膜のスピン電子伝導制御

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650697
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 藤井 達生 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (10222259)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中西 真 岡山大学, 工学部, 助手 (10284085) ; 高田 潤 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (60093259)
• Keywords: 磁気抵抗効果 / 酸化物磁性半導体 / エビタキシャル薄膜 / 交換結合 / ヘマタイト / イルメナイト

Research Abstract

電子の持つ電荷とスピンという2つの自由度を同時に兼ね備えた新しい材料「磁性半導体」は、従来の磁性体や半導体の枠では捉え切れない新しい機能性を示す量子デバイス材料として、非常な注目を浴びている。我々は、反強磁性絶縁体(ヘマタイト)とフェリ磁性半導体(ヘマタイト-イルメナイト固溶体)の交換結合膜を作製することにより、反強磁性絶縁体層の磁気異方性変化利用して磁性半導体内のスピン伝導を精密に制御する手法を、本研究において提案している。
しかし、酸化物磁性半導体の性質を示すヘマタイト-イルメナイト固溶体薄膜の作製は非常に難しく、再現性のある作製条件は今だ得られていない。そこで平成12年度の研究においては、本系固溶体薄膜の作製条件と非化学量論性に注目し、その作製条件について検討を加えた。すなわちヘリコンプラズマ・スパッタ法により作製された固溶体薄膜について、X線光電子分光法(XPS)及びメスバウアー分光法(CEMS)によりFe^<2+>とFe^<3+>の存在比を分析し、酸素の不定比性Fe_<2-x>Ti_xO_<3+δ>を求めた。その結果、Ti置換量xが少ない場合は、δ=0のほぼ定比組成の固溶体薄膜が作製されるのに対し、x>0.5と増加するにつれ急速にδも増加した。そして、δを十分に制御することが優れた酸化物磁性半導体の性質を得るためには重要であることが判った。
また、得られた固溶体薄膜の磁気抵抗効果を測定したところ、磁性半導体の性質を示した薄膜は負の磁気抵抗効果を示した。しかし、その磁気抵抗比は約0.5%と非常に小さく、結晶格子中におけるFeとTiの秩序性や酸素の化学量論性が、まだ不十分である事が原因であると考えられる。

Research Products

• [Publications] Tatsuo Fujii: "Exchange Coupling in CoFe_2O_4/α-Fe_2O_3 Bilayered Films"Proceedings of the 8th International Conference on Ferrites.Kyoto.2000. (印刷中). (2000)
• [Publications] Tatsuo Fujii: "Thin Films of Fe_<2-x>Ti_xO_3.Novel Iron-based Half-metallic Oxides"Proceedings of the 8th International Conference on Ferrites.Kyoto.2000. (印刷中). (2000)
• [Publications] Tatsuo Fujii: "Electric and Magnetic Properties of epitaxial Fe_<2-X>Ti_XO_<3+δ> films"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 623. 191-196 (2000)