MnーGaAs系二次元構造制御による新奇強磁性物質の創製と磁性発現機構の解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22360020
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 中村 淳 電気通信大学, 大学院・情報理工学研究科, 准教授 (50277836)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大竹 晃浩 電気通信大学, 物質・材料研究機構量子ドットセンター, 主幹研究員 (30267398)
• Keywords: Mn原子ワイヤ / GaAs表面 / 初期吸着構造 / 第一原理計算 / 電子回折法 / 走査トンネル顕微鏡 / 強磁性

Research Abstract

本研究は、化合物半導体であり希薄磁性半導体のホスト材料として最も注目・利用されているGaAsに、低次元のMnドープ構造を導入することにより新奇強磁性物質を創製するとともに、理論計算手法を駆使し、その強磁性発現機構解明を目論むものである。本年度は、(1)GaAs(110)表面上のMnワイヤの磁性状態評価、(2)GaAs(001)表面上のMn初期吸着構造の解析に取り組んだ。(1)については、これまでにわかっている、Mnワイヤ中の強磁性的相互作用のワイヤ方位依存性とワイヤ間距離依存性について第一原理計算を用いて評価した。その結果、<110>配向のワイヤ中においては強磁性的相互作用が生じるのに対し、<100>配向のワイヤ中においては磁気的相互作用はほとんど起こらないことがわかった。また、申請時に予測されていた通り、表面上に置かれたMnワイヤは、バルク中に埋め込まれたワイヤに比べて磁気的相互作用が大きく、同時にユニットセル当たりの磁気モーメントも大きくなった。これは、表面においては、バルク中に比べて対称性が低下し、それに伴い相互作用のメカニズムも異なることが原因であると考えられるが、今後さらに詳細な理論解析が必要である。また(2)については、実験的にはMnが1原子層以下の吸着初期過程において、様々な表面再構成構造を呈することが明らかになった。特に、0.5原子層厚時に現れる(2x2)再構成構造は、蒸着温度、As分子供給の有無によって数種類の構造モデルが考えられ、実験的にはまだ確定には至っていない。現在、Mn吸着初期構造の同定に向けて、第一原理計算を用いたモデリング・構造安定性の評価に着手し始めたところである。