2014 Fiscal Year Annual Research Report
磁性原子３Ｄ中距離局所構造解析による室温強磁性半導体の機能発現の研究
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25286040
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
林 好一 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20283632)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細川 伸也 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (30183601)
田中 義人 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 教授 (80260222)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 蛍光X線ホログラフィー / 希薄磁性半導体 / 局所構造 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までは主に、ルチル構造を有する高温強磁性半導体CoドープTiO2薄膜の構造評価を行ってきたが、本年度はアナターゼ構造を有するCoドープTiO2薄膜の構造評価を蛍光X線ホログラフィーを用いて行った。ルチルの場合には、Co周辺にサブオキサイドと呼ばれる特殊なクラスターが形成され、それが寄り合うことでCo同士の強い相関が生まれていることが示唆されたが、同様なことがアナターゼ構造でも起きるのか興味深い。ここでは、酸素空孔の多い試料と少ない試料の両者を、蛍光X線ホログラフィーによって評価した。再生された原子像は、基本的にはアナターゼを引きずったような構造を示した。しかしながら、単純にTiサイトへの置換だけでは説明できないものも多く、間入サイトにも侵入していることが強く示唆された。また、ルチルと同じように、Coどうしが寄り集まっている可能性も示唆されたが、今後は第一原理計算の結果も活用することによって、より正確な描像を得る。次に、同じく室温強磁性半導体であるMnドープZnSnAs2の蛍光X線ホログラフィーデータについても、より深いデータ解析を行った。ここでは、ZnSnAs2の構造が予測されていたカルコパイライトではなくスファレライトであることが分かっただけでなく、ZnとSnが相互に置換し合っているカチオン層よりも、As単独のアニオン層の方が大きく乱れていることが分かった。このことは、As層がクッションとしての役割を果たしていることを示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定していたCoドープTiO2薄膜及びZnSnAs2薄膜の蛍光X線ホログラフィーの実験は順調に進んでいる。通常のX線回折では得られない強磁性半導体の様々な新しい知見が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ルチル型のCoドープTiO2薄膜の構造は、蛍光X線ホログラフィー、XAFS、第一原理計算を用いて詳細に求めることができ、現在、論文を投稿するに至っている。一方、アナターゼ型に関しては、蛍光X線ホログラフィーで原子像を再生させたのみで、今後はこの構造モデルを基に第一原理計算などを用いて、より詳細に構造を決定する必要がある。また、電子状態の計算も行い、高温強磁性の発現機構についての詳細な解析を行う。MnドープZnSnAs2については、Mnのホログラムを解析し、Mn周辺の原子像を再生し、そのドーピングメカニズムに迫る。また、CoドープTiO2薄膜同様、Mnが隣り合う構造になりやすいかどうかを第一原理計算を用い評価を行い、高温強磁性についてのメカニズムの解明を行う。
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| Causes of Carryover |
本来は、低濃度のドーパントを感度よく測定するための蛍光Ｘ線検出システムを開発するための予算を執行する予定であったが。しかしながら、従来、使用していた蛍光Ｘ線ホログラフィー装置を別予算で開発することになり、その構成に合ったものに変更する必要があった。このため、この分の予算を次年度に使用することにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新装置は、30keV程度の高いエネルギーの蛍光Ｘ線も検出できる構成になっており、ここでは、そのために高いエネルギーの蛍光Ｘ線を検出できる検出器の購入と、それに付随したパーツの購入を行う。
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