2019 Fiscal Year Annual Research Report
砒化亜鉛化合物新規磁性半導体の高品位薄膜成長と高機能化
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17H02921
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
生田 博志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30231129)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畑野 敬史 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00590069)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 磁性半導体 / 砒化亜鉛化合物 / 薄膜成長 / 電子構造制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、BaZn2As2を母相とする砒化亜鉛化合物で、キュリー温度の高い磁性半導体が相次いで発見された。その強磁性発現機構の解明は基礎物理の観点から重要であるとともに、これらの系は新規スピントロニクス材料として応用上も興味深い。本研究では薄膜化に取り組むとともに、元素置換効果等を通して、強磁性発現機構に関する知見を得ることを目的とした。本年度は分子線エピタキシー (MBE) 法を用いてBaZn2As2の成膜条件の最適化を行った。ZnとAsは比較的低温でも蒸気圧が高く、特にZnは温度に対する蒸気圧変化が急激であるため精密な制御が必要であったが、これらの蒸気圧を含めて成膜条件を注意深く最適化していった結果、最終的に目的のβ相BaZn2As2薄膜が得られた。さらに、様々な基板で成膜条件を最適化した結果、MgO、CaF2、BaF2上に単相薄膜が得られた。特に、CaF2とBaF2基板上の薄膜では面内配向も確認でき、エピタキシャル成長したことが分かった。
さらに、同様の手法でFeを部分置換した薄膜を成長した。組成に合わせて成膜条件を細かく調整した結果、Feが29%までの単相薄膜が得られた。抵抗率はいずれも温度低下とともに上昇する半導体的振舞いを示し、大きさはFe組成とともに減少する傾向を示した。また、抵抗率に熱活性型の温度依存性をフィッティングして求めたエネルギーギャップはFe組成とともに減少した。さらに、母相のBaZn2As2がp型半導体であるのに対し、Fe置換した薄膜はキャリアが電子であり、キャリア量はFe組成とともに増大した。これらのことから、Fe置換によって電子ドープされたことが分かる。一方、磁化曲線にはヒステリシスが観測され、強磁性的に振舞った。したがって、砒化亜鉛化合物ではまだ2例目となるn型の磁性半導体であることが示唆され、強磁性発現はキャリア誘起によるものと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(3 results)
