2003 Fiscal Year Annual Research Report

光-スピントロニクスデバイス及びナノスピンプローブのデザイン

Research Project

Project/Area Number	14076214
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	白井正文東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長尾和多加東北大学, 電気通信研究所, 助手 (00361197) 三浦良雄東北大学, 電気通信研究所, 助手 (10361198) 吉田博大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30133929)
Keywords	スピントロニクス / ナノスピンプローブ / マテリアルデザイン / 第一原理計算 / 高スピン偏極強磁性体 / トンネル磁気抵抗効果 / スピン注入 / ヘテロ接合界面
Research Abstract	本年度は、希薄磁性半導体(Ga,Mn)AsにCまたはNを同時ドーピングすることにより、その強磁性転移温度が向上することを見出した。この同時ドーピングはp-d混成を強め、価電子バンドの頂上付近に形成されたMn不純物バンドを高エネルギー側にシフトさせると共に、そのバンド幅を広げるはたらきがある。その結果として、正孔を媒介としてMnスピン間にはたらく強磁性相互作用が強くなり、強磁性転移温度はMn濃度6%以上で室温を超えることが予測される。更に、CまたはNを同時ドーピングすることにより、Mnドーピングによる格子の膨張を緩和することができ、Mnの固溶限界を高める効果が期待できる。また、高スピン偏極材料として期待されているホイスラー合金Co_2CrAl及び閃亜鉛鉱型CrAsにおける原子配列不規則性がスピン偏極率や磁気モーメントに及ぼす効果を第一原理計算に基づいて検証し、CrAsにおけるCrとAs原子、ならびにCo_2CrAlにおけるCrとAl原子の不規則性はスピン偏極率や磁気モーメントの大きさにほとんど影響しないことを確認した。更に、半導体へのスピン注入の高効率化へ向けて、Co_2CrAl及びCrAsとGaAsのヘテロ接合の電子状態を第一原理計算した。その結果、Co_2CrAl/GaAs界面でのCo原子のスピン偏極率はバルクでの値と比べて著しく低下しているが、CrAs/GaAs界面ではバルクと同程度の高スピン偏極率ならびに磁気モーメントが維持されることを見出した。なお、以上の研究成果を踏まえて次年度は、これらスピン機能材料と半導体とのヘテロナノ構造の磁気光学及び磁気伝導特性の第一原理計算を実行し、高度なスピン機能を発現する新規デバイス構造のデザインを実施する計画である。

Research Products
(13 results)

All Other

All Publications (13 results)

[Publications] M.Shirai, et al.: "Materials design of Cr-based half-metallic ferromagnets"Journal of Superconductivity. 16・1. 27-29 (2003)
[Publications] M.Shirai: "Possible half-metallic ferromagnetism in zinc blende CrSb and CrAs"Journal of Applied Physics. 93・10. 6844-6846 (2003)
[Publications] 白井正文: "新しい高スピン偏極強磁性材料の理論設計"日本応用磁気学会誌. 27・6. 730-733 (2003)
[Publications] K.Sato, et al.: "Curie temperatures of III-V diluted magnetic semiconductors calculated from first-principles in mean field approximation"Journal of Superconductivity. 16・1. 31-35 (2003)
[Publications] K.Sato, et al.: "Curie temperature of III-V diluted magnetic semiconductors calculated from first-principles"Europhysics Letters. 61・3. 403-408 (2003)
[Publications] H.Katayama-Yoshida, et al.: "Spin and charge control method of ternary II-VI and III-V magnetic semiconductors for spintronics : theory vs.experiment"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 64・9-10. 1447-1452 (2003)
[Publications] H.Katayama-Yoshida, et al.: "Materials design for semiconductor spintronics by ab initio electronic-structure calculation"Physica B. 327・2-4. 337-343 (2003)
[Publications] V.A.Dinh, et al.: "T_c-enhancement codoping method for GaAs-based diluted magnetic semiconductors"Japanese Journal of Applied Physics. 42・8A. L888-L891 (2003)
[Publications] M.Seike, et al.: "Materials design of 4d-transition-metal-doped transparent and half-metallic ferromagnets with K_2S-based diluted magnetic semiconductors"Japanese Journal of Applied Physics. 42・9A/B. L1061-L1063 (2003)
[Publications] M.Shirai, et al.: "Theoretical study on anti-site defects in half-metallic zinc-blende ferromagnets"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 発表予定. (2004)
[Publications] Y.Miura, et al.: "Atomic disorder effects on half-metallicity of the full-Heusler alloys Co_2(Cr,Fe)Al : a first-principles study"Physical Review B. 発表予定. (2004)
[Publications] Y.Miura, et al.: "A first-principles study on half-metallicity of disordered Co_2(Cr_<1-x>Fe_x)Al"Journal of Applied Physics. 発表予定. (2004)
[Publications] K.Nagao, et al.: "Ab initio calculations of zinc-blende CrAs/GaAs superlattices"Journal of Applied Physics. 発表予定. (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

光-スピントロニクスデバイス及びナノスピンプローブのデザイン

Principal Investigator

白井 正文 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)

Research Products

[Publications] M.Shirai, et al.: "Materials design of Cr-based half-metallic ferromagnets"Journal of Superconductivity. 16・1. 27-29 (2003)

[Publications] M.Shirai: "Possible half-metallic ferromagnetism in zinc blende CrSb and CrAs"Journal of Applied Physics. 93・10. 6844-6846 (2003)

[Publications] 白井 正文: "新しい高スピン偏極強磁性材料の理論設計"日本応用磁気学会誌. 27・6. 730-733 (2003)

[Publications] K.Sato, et al.: "Curie temperatures of III-V diluted magnetic semiconductors calculated from first-principles in mean field approximation"Journal of Superconductivity. 16・1. 31-35 (2003)

[Publications] K.Sato, et al.: "Curie temperature of III-V diluted magnetic semiconductors calculated from first-principles"Europhysics Letters. 61・3. 403-408 (2003)

[Publications] H.Katayama-Yoshida, et al.: "Spin and charge control method of ternary II-VI and III-V magnetic semiconductors for spintronics : theory vs.experiment"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 64・9-10. 1447-1452 (2003)

[Publications] H.Katayama-Yoshida, et al.: "Materials design for semiconductor spintronics by ab initio electronic-structure calculation"Physica B. 327・2-4. 337-343 (2003)

[Publications] V.A.Dinh, et al.: "T_c-enhancement codoping method for GaAs-based diluted magnetic semiconductors"Japanese Journal of Applied Physics. 42・8A. L888-L891 (2003)

[Publications] M.Seike, et al.: "Materials design of 4d-transition-metal-doped transparent and half-metallic ferromagnets with K_2S-based diluted magnetic semiconductors"Japanese Journal of Applied Physics. 42・9A/B. L1061-L1063 (2003)

[Publications] M.Shirai, et al.: "Theoretical study on anti-site defects in half-metallic zinc-blende ferromagnets"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 発表予定. (2004)

[Publications] Y.Miura, et al.: "Atomic disorder effects on half-metallicity of the full-Heusler alloys Co_2(Cr,Fe)Al : a first-principles study"Physical Review B. 発表予定. (2004)

[Publications] Y.Miura, et al.: "A first-principles study on half-metallicity of disordered Co_2(Cr_<1-x>Fe_x)Al"Journal of Applied Physics. 発表予定. (2004)

[Publications] K.Nagao, et al.: "Ab initio calculations of zinc-blende CrAs/GaAs superlattices"Journal of Applied Physics. 発表予定. (2004)

白井正文東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)

[Publications] 白井正文: "新しい高スピン偏極強磁性材料の理論設計"日本応用磁気学会誌. 27・6. 730-733 (2003)