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希薄磁性半導体と超伝導体の複合構造における三角格子量子ドットの制御とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 09305001
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関筑波大学

研究代表者

滝田 宏樹  筑波大学, 物質工学系, 教授 (00011213)

研究分担者 黒田 眞司  筑波大学, 物質工学系, 講師 (40221949)
研究期間 (年度) 1997 – 1999
研究課題ステータス 完了 (1999年度)
配分額 *注記
39,200千円 (直接経費: 39,200千円)
1999年度: 4,500千円 (直接経費: 4,500千円)
1998年度: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円)
1997年度: 27,400千円 (直接経費: 27,400千円)
キーワード希薄磁性半導体 / 第2種超伝導体 / 磁束量子 / 巨大ゼーマン分裂 / 量子ドット / ファンデルワールスエピタキシー / ファンデルワールスエピタキシ-
研究概要

第2種超伝導体の混合状態では、渦糸の規則的な配置によりその表面上では磁束密度の空間的な変調が生じている。従って、その表面に希薄磁性半導体(DMS)を接合すると、DMS特有の巨大ゼーマン分裂によりその実効的なバンドギャップが変化し、磁束量子によるドット状の閉じ込め(「磁場変調スピン量子ドット」)が生じると期待される。本研究ではこのような系を現実の試料で実現すべく、第2種超伝導体NbSe_2(T_c=7.2K)を基板として、その面上にDMSであるCd_<1-x>Mn_xTeの薄膜を分子線エピタキシー(MBE)により成長させた。
NbSe_2は層状物質で$c$軸方向にはファンデルワールス力で結合しているため、その面上に閃亜鉛鉱型のCdTeあるいはCd_<1-x>Mn_xTeを成長させると、疑似的にファンデルワールスエピタキシーとなり、約33%の格子不整合にもかかわらず、良質な結晶成長の可能性が期待される。実際にMBEにより成長させると、RHEED像がNbSe_2(0001)面の再構成パターンからCdTe(111)面の再構成パターンに連続的に変化し、成長膜厚が数原子層の初期過程から平坦な2次元成長が行われていることが明らかにされた。また成長した試料をX線回折により評価したところ、面内での結晶方位の関係はNbSe_2[1010]||CdTe[112]となっているが、本来3回対称であるCdTe(111)面のピークが60°毎に現れていることから、CdTe結晶は面内で互いに180゜回転した双晶として成長していることがわかった。
このようにしてNbSe_2上に成長させたCd_<1-x>Mn_xTe薄膜およびCd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe単一量子井戸(SQW)のフォトルミネッセンス測定を行ったところ、半値幅の狭い励起子発光ピークを示し、光物性的にも高品質の薄膜が成長できたことを示している。磁束量子による磁場変調効果を探索するため、低温・弱磁場中でPL測定を行ったところ、NbSe_2が混合状態となる温度・磁場域で、発光スペクトルの半値幅の磁場依存性において、磁場増加と共に一旦増加した後減少に転じるという通常では見られない振舞いが観測された。この異常な振舞いは、定性的には磁束量子による磁場変調の効果として理解することができ、磁束量子による閉じ込め効果を、PLスペクトル幅の磁場依存性という形で初めて実験的に検証することができた。

報告書

(4件)
  • 1999 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1998 実績報告書
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (30件)

  • [文献書誌] W.Higemoto et al.: "Investigation of the effect of electric current on the dynamics of flux-line lattice"Physica B. 289-290. 400-403 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Magneto-photoluminescence from self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe grown by molecular beam epitaxy"Journal of Luminescence. 87-89. 396-398 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Self-organized formation and photoluminescence of Cd_<1-x>Mn_xTe quantum dots grown on ZnTe by atomic layer epitaxy"Applied Physics Letters. 76. 2400-2402 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Self-organized quantum dots of diluted magnetic semiconductors Cd_<1-x>Mn_xTe"Journal of Crystal Growth. 214/215. 140-149 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Growth of self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe on ZnTe grown by atomic layer epitaxy"Journal of Crystal Growth. 214/215. 178-182 (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kuroda: "Self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe : MBE growth on Zn (Cd) Te surface and magneto-Photoluminescence"Physica E. (in press).

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] W.Higemoto, I.Watanabe, K.Nagamine, S.Kuroda and K.Takita: "Investigation of the effect of electric current on the dynamics of flux-line lattice"Physica B. 289-290. 400-403 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Terai, S.Kuroda, K.Takita, T.Takamasu and G.Kido: "Magneto-photoluminescence from self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe grown by molecular beam epitaxy"Journal of Luminescence. 87-89. 396-398 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Terai, S.Kuroda, K.Takita: "Self-organized formation and photoluminescence of Cd_<1-x>Mn_xTe quantum dots grown on ZnTe by atomic layer epitaxy"Applied Physics Letters. 76. 2400-2403 (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kuroda, Y.Terai, K.Takita, T.Takamasu, G.Kido, N.Hasegawa, T.Kuroda and F.Minami: "Self-organized quantum dots of diluted magnetic semiconductors Cd_<1-x>Mn_xTe"Journal of Crystal Growth. 214/215. 140-149 (2000)

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    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Terai, S.Kuroda and K.Takita: "Growth of self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe on ZnTe grown by atomic layer epitaxy"Journal of Crystal Growth. 214/215. 178-182 (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.H.Matsuda, N.Miura, S.Kuroda, M.Shibuya and K.Takita: "Cyclotron resonance in Cd_<1-x>Mn_xTe : I at very high magnetic fields"Journal of Crystal Growth. 214/215. 400-404 (2000)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.H.Matsuda, N.Miura, S.Kuroda, M.Shibuya, K.Takita and A.Twardowski: "Possible s-d hybridization effect on the cyclotron mass in II-VI diluted magnetic semiconductors at megagauss fields"Physica B. 294-295. 467-470 (2001)

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kuroda, Y.Terai, N.Umakoshi and K.Takita: "Self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe : MBE growth on Zn (Cd) Te surface and magnetophotoluminescence"Physica E. (in press).

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      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] F.Takano, S.Kuroda, K.Takita, T.Takamasu, Y.Imanaka and G.Kido: "Magneto-transport of two-dimensional electron system in magnetic semiconductors heterostructure Cd (Mn) Te/(Cd, Mg) Te"Physica B. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yasuhira, Y.H.Matsuda, K.Uchida, N.Miura, S.Kuroda, I.Hara and K.Takita: "High field magneto-optical study of magnetic interactions in CdMnTe quantum well"Physica B. (in press).

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.H.Matsuda, T.Yasuhira, K.Uchida, N.Miura, S.Kuroda and K.Takita: "Excitons and magneto-absorption in Cd_<1-x>Mn_xTe at 500T-fields"Physica B. (in press).

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    • 関連する報告書
      1999 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Excitonic luminescence from self-organized quantum dots of CdTe grown by molecular beam epitaxy"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 2524-2528 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Kuroda et al.: "Micro photoluminescence spectra of CdTe and CdMnTe self-organized quantum dots"J.Lumin.. 83-84. 321-324 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Magneto-photoluminescence from self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe grown by molecular beam epitaxy"J.Lumin.. (in press).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Sefl-organized quantum dots of diluted magnetic semiconductors Cd_<1-x>Mn_xTe"J.Cryst.Growth. (in press).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Growth of self-organized quantum dots of Cd_<1-x>Mn_xTe on ZnTe by atomic layer epitaxy"J.Cryst.Growth. (in press).

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Self-organized quantum dots of zinc-blende MnTe grown by molecular beam epitaxy" J.Cryst.Growth. 184/185. 274-278 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Magneto-optical study of interface broadening of CdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe quantum wells" J.Cryst.Growth. 184/185. 971-975 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Growth of self-organized quantum dots of CdTe on ZnTe surface by atomic layer epitaxy" Proc.24th Intern.Conf.Phys.Semicond.,Jerusalem,1998. (in press).

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Matsushita et al.: "Spatially resolved photoluminescence spectra of CdTe quantum dots" Proc.24th Intern.Conf.Phys.Semicond.,Jerusalem,1998. (in press).

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Terai et al.: "Zero-dimensional excitonic properties of self-organized quantum dots of CdTe grown by molecular beam epitaxy" Appl.Phys.Lett.73. 3757-3759 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Excitonic luminescence from self-organized quantum dots of CdTe grown by molecular beam epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.(in press).

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S. Kuroda et al.: "Magneto-optical study of interface broadening of CdTe/Cd_<1-x>Mn_xTe quantum wells" Journal of Crystal Growth. (in press).

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kuroda et al.: "Self-organized quantum dots of zinc-blende MnTe grown by molecular beam epitaxy" Journal of Crystal Growth. (in press).

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2016-04-21  

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