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超微細構造半導体上磁性ドットの量子干渉複合界面効果の研究

研究課題

研究課題/領域番号 10440106
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

堀 秀信  北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 教授 (20028244)

研究分担者 金道 浩一  大阪大学, 極限科学研究センター, 助教授 (20205058)
桜井 透 (櫻井 達 / 桜井 達)  北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (10183047)
山田 省二  北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (00262593)
古沢 昌宏  北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (00251976)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
11,400千円 (直接経費: 11,400千円)
2000年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
1999年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
1998年度: 7,700千円 (直接経費: 7,700千円)
キーワードナノ粒子 / 複合化 / 半導体 / 強磁性金属 / GaAs / Ni / Au / Pt / ナノ磁性体 / 複合界面 / 表面 / スピン相関 / スピン偏極 / Pd / 質量分析装置 / 巨大磁気モーメント / Ni合金 / 微粒子の久保効果 / ナノ合金
研究概要

この研究の過程で見いだした重要な結果はPt,Pd,Auなど化学的に安定でバルクでは磁性と無縁と思われる貴金属でも、ナノ微粒子になると強磁性になることをみいだした点である。とくにPdやAuは原子の状態でも非磁性であるがナノサイズの粒子状態だけで磁性が出現する。つまり微粒子状態でだけで成り立つ独特の磁性出現機構のあることを世界で初めて明らかにした。またPt原子でも、(当然微粒子状態でも)磁性を帯びている。しかしバルクではそれが消えていく。このスピン偏極は3ナノ前後でほとんどなくなることを示した。これらのナノ粒子独特の強磁性出現機構はどのようなことからくるかに関連して、ナノ粒子の特徴である表面原子によるのではないかという仮説が理論家により提案されている。これは2次元電子系に強磁性や反強磁性の出現し得るという結果があるためであるが、ナノ粒子表面がそれと同じと考えることは疑問がのこっていた。我々はこのことを実験的に明らかにするため、Pdナノ粒子の表面にモノレーヤーを製膜するという、我々の開発した複合化技術を利用してこれを調べた。測定は、表面磁性のESR信号の特徴をあらかじめ調べた上、微粒子の表面磁性のESRモードの特徴を決め、表面モードと内部モードESRの相対強度から内部と表面で原子1個あたりどのくらいの磁気を生じているかを調べた。その結果Pd,AuやPtでは表面原子と内部でほぼ同じくらいの磁性を生じていることが実験的に明らかにされた。このことは貴金属の磁性出現機構に於いて表面の2次元性が重要ではなく、ナノ粒子自体として磁気偏極を生じるメカニズムを持つことを意味する。この結果は同時にナノ粒子自体が他にはない電子状態を作り出している事を意味し、その性質がバルクとも原子ともことなる点は応用上も注目すべき結果である。
以上はナノ粒子の表面と内部の複合効果であるが、これらを含めたナノ粒子の特異な性質を電気伝導に反映させる実験として微細加工電極間に粒径がそろったナノ微粒子を作りその磁気的性質を電気伝導を通して制御する実験も行った。この際粒径をそろえる方法として質量分析型蒸着装置のイオン源装置を導入し微粒子を微細加工電極間に作り込んだ。しかし現在の所、直径が10ナノを切ると互いに微粒子が融合して膜状になりはっきりした結果は得られていないのが現状である。しかしそれでも膜化した試料を利用して厚み変化を調べ、GaAs基板を経由した反強磁性相互作用がNiスピン間に働き金属Niの強磁性を弱めること、それがGaAs基板の伝導バンドと直接関係する事が確認され電気伝導による磁性の制御の可能性を示唆する知見が得られた。現在微粒子の融合を妨げる方法を開発しているがそれの完成により、微粒子効果を電気伝導に反映させる事が出来るものと期待される。

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (47件)

  • [文献書誌] H.Hori et al.: "Pulsed high magnetic field ESR measurements on Ni/Pd nano-particles"Physica B. 294-295. 292-297 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Matsuo et al.: "High field magnetoresistance and ESR measurements on Ni-stripes on GaAs substrate"Physica B. 294-295. 298-301 (2001)

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  • [文献書誌] H.Hori et al.: "Temperature effects in magnetoresistance of Ni-stripes on GaAs"Physica B. 284-288. 1587-1588 (2000)

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  • [文献書誌] Y.Nakae et al.: "Anomalous spin polarization in Pd and Au nano-particles"Physica B. 284-288. 1758-1759 (2000)

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  • [文献書誌] H.Hori et al.: "Anomalous magnetic polarization effect of Pd and Au nano-particles"Phys.Lett.A. 263. 406-410 (1999)

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  • [文献書誌] N.Nunomura et al.: "Magnetic properties of nanoparticles in Pd/Ni alloys"Phys.Lett.A. 249. 524-530 (1998)

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  • [文献書誌] Y.Seino, S.A.Haque, A.Matsuo, Y.Yamamoto, S.Yamada, H.Hori: "ESR and magnetic measurement of Ni/GaAs composite system"Proc.of 25^<th> ICPS (Osaka, 2000). (in press).

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  • [文献書誌] H.Hori, T.Teranishi, M.Taki, S.Yamada, M.Miyake and Y.Yamamoto: "Magnetic properties of nano-particles of Au, Pd and Pd/Ni-alloys"J.Magn.Magn.Mater.. (in press). (2001)

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  • [文献書誌] S.A.Haque, A.Matsuo, Y.Seino, Y.Yamamoto, S.Yamada and H.Hori: "Temperature dependent low field magnetization of Ni film on n-GaAs (100) and Si (100)"J.Magn.Magn.Mater.. (in press). (2001)

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  • [文献書誌] A.Matsuo, M.Taki, S.A.Haque, Y.Yamamoto, T.Kikutani, S.Yamada, H.Nojiri, M.Motokawa, H.Hori: "High field magnetoresistance and ESR measurements on Ni-stripes on GaAs substrate"Physica B. 294-295. 298-301 (2001)

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  • [文献書誌] H.Hori, T.Teranishi, T.Sasaki, M.Miyake, Y.Yamamoto, S.Yamada, H.Nojiri, M.Motokawa: "Pulsed high magnetic field ESR measurements on Ni/Pd nano-particles"Physica B. 294-295. 292-297 (2001)

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  • [文献書誌] H.Hori, Y.Seino, A.Matsuo, M.Taki, S.Yamada: "Temperature effects in magnetoresistance of Ni-stripes on GaAs"Physica B. 284-288. 1235-1236 (2000)

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  • [文献書誌] Y.Nakae, Y.Seino, T.Teranishi, M.Miyake, S.Yamada, H.Hori: "Anomalous spin polarization in Pd and Au nano-particles"Physica B. 284-288. 1758-1759 (2000)

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  • [文献書誌] T.Asano, Y.Inagaki, Y.Ajiro, H.Matsubara, K.Mukai, N.Matsumoto, H.Mitamura, T.Goto, Y.Narumi, K.Kindo and H.Hori: "High-field magnetization process in free radical and metal-assembled molecular magnets"Mol.Cryst.Liq.Cryst.. 343. 427-32 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Hori, T.Teranishi, Y.Nakae, Y.Seino, M.Miyake, S.Yamada: "Anomalous magnetic polarization effect of Pd and Au nano-particles"Phys.Letters A. 263. 406-410 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Hori, Y.Nakae, Y.Seino and M.Motokawa: "Conventional Analysis Method on the Magnetoresistance in Magnetic Ordered 4f-Metals"Physics of Strongly Correlated Electron Systems JJAP Series. 11. 30-32 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Yamada, J.Okayasu, S.Gozu, C.U.Hong, H.Bori: "Dependencies of low-temperature electronic properties of MBE-grown GaAs/AlGaAs single heterojunctions upon arsenic species"J.Cryst.Growth. 201-202. 800-804 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Aoki, Y.Ochiai, C.Hong, T.Kikutani, H.Hori, S.Yamada: "Cross-sectional transmission electron microscope observation of small structures made by field-induced scanning tunneling microscope fabrication"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 3863-3865 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Inada, T.Kikutani, H.Hori, S.Yamada: "Fabrication of GaAs-Ge-GaAs lateral narrow junctions and low-temperature hole transport"Solid-State Electron. 42. 1539-1542 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Inada, H.Hori, S.Yamada: "Ge selective growth on (001) GaAs substrates by molecular beam epitaxy"Jpn.J.Appl.Phys.. 2, Lett.38. L398-400 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Nunomura, H.Hori, T.Teranishi, M.Miyake and S.Yamada: "Magnetic Properties of Nano-particles in Pd/Ni Alloys"Phys.Letters. A249. 524-530 (1998)

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  • [文献書誌] M.Tona, Y.Seino, M.Taki, T.Sasaki, S.Gozu, M.Furusawa, S.Yamada and H.Hori: "Coherence Effect on Ni/GaAs-Composite Quantum Wire"Proc.of the 24th ICPS, ed. by D.Geroshonil (1998) Th P154. (CD-ROM.).

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Yamada, T.Kikutani, N.Aoki, H.Hori, G.Tatara: "Magnetic domain dependent quantum transport through a ferromagnetic dot embedded in a semicondtuctor quantum wire"Phys.Rev.Lett.. 81. 5422-5425 (1998)

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  • [文献書誌] M.Furusawa, Y.Seino, T.Mitani and H.Hori: "Magnetoresitance and Magnetization of EuTe/Nu Composite Thin Film"J.Magn.Magn.Mater.. 177-181. 1317-1318 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.Nunomura, T.Teranishi, M.Miyake, A.Oki, S.Yamada, T.Toshima and H.Hori: "Magnetization of Nano-fine Particles of PdNi Alloys"J.Magn.Magn.Mater.. 177-181. 947-948 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Sakurai, Y.Seino, T.Mitani, M.Furusawa and H.Hori: "Laser Ablation and Time of Flight Mass Spectrometers for the Analysis of Cluster Ion"Advances in Mass Spectrometry. 14. B01-3650 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Hori and K.Kindo: "Phase Transition Related with 'Spin Density Lattice' in TbNiSn"NATO-ARW Conf.'Symmetry and Pairing in Superconductors' ed. by M.Ausloos and S.Kruchinin Kluwer Academic Publishers. 383-391 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Hori et al.: "Magnetic properties of nano-particles of Au,Pd and Pd/Ni-alloys"J.Magn.Magn.Mater.. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] A.Matsuo et al.: "High field magnetoresistance and ESR measurements on Ni-stripes on GaAs substrate"Physica B. (発表予定). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hori et al.: "Temperature effects in magnetoresistance of Ni-stripes on GaAs"Physica B. 284-288. 1587-1588 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Nakae et al.: "Anomalous spin polarization in Pd and Au nano-particles"Physica B. 284-288. 1758-1759 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hori et al.: "Anomalous magnetic polarization effect of Pd and Au nano-particles"Phys.Lett.A. 263. 406-410 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] N.Nunomura et al.: "Magnetic properties of nanoparticles in Pd/Ni alloys"Phys.Lett.A. 249. 524-530 (1998)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hori,T.Teranishi et al.: "Anomalous Magnetic Polarization Effect of Pd and Au Nano-particles"Phys.Letters.. A263. 406-410 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hori,Y.Seino et al.: "Temperature Dependence of Magnetoresistance of Ni-stripes on GaAs"Physica B. (to be published). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Nakae,Y.Seino,et al.: "Anomalous Spin Polarization in Pd and Au Nano-particles"Physica B. (to be published). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Z.Honda,K.Katsumata et al.: "Low-Temperature High Field Magnetization Measurement on a Quantum Spin Chain"Physica B. (to be published). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamada et al.: "Dependencies of low-temperature electronic properties of MBE-grown GaAs/AlGaAs single heterojunctions upon arsenic species"J.Cryst.Growth. 201-202. 800-804 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Sakurai et al.: "A new multi-passage time-of-flight mass spectrometer at JAIST"Nucl.Instrum.Method Phys.Res A Accel.Spectram.Detect.Assoc.Equip.. 427. 182-186 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] N.Nunomura, H.Hori, 他: "Magnetic Properties of Nanoparticles in Pd/Ni alloys" Physics Letters A. 249. 524-530 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] N.Nunomura, 他: "Magnetization of Nano-Fine Particles of Pd/Ni alloys" J.Magn.& Magn.Materials. 177-181. 947-948 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hori, 他: "Conventional Analysis Method on the Magnetoresistance in・・・" Jpn.J.App.Phyo.Series11. 30-32 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kuris, 他: "Pressure-Temperature Magnetic Phase Diagram of TbNiSn" Rev.High Pressure Sci.Technol.7. 550-552 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamada et al: "Magnetic Domain Dependent Quantum Transport・・・・" Phys.Rev.Letters. 81. 5422 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Inada, 他: "Fabrication of GaAs/Ge/GaAs lateral Narrow Junction・・・" Solid-State Electronics. 42. 1539 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] H.Hori and K.Kindo: "Symmetry and Pairing in Superconductors" M.Ausloos and S.Kruchinin, 8 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tona et al.: "to be appeared in Proc.of ICPS" Cohelent Effect on Ni/GaAs-Composite Quantum Wire, 2 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2020-05-15  

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