スピン偏極陽電子消滅法による酸化物空孔誘起磁性の検出

• 研究課題/領域番号: 15K14135
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016-2017); 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2015)
• 研究代表者: 前川 雅樹 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (10354945)
• 連携研究者: 河裾 厚男 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員 (20354946) ; 張 宏俊 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究員 (50644374)
• 研究協力者: 阿部 浩之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員 (30354947)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 陽電子消滅 / スピン偏極陽電子 / 空孔誘起磁性 / 酸化亜鉛 / イオンビーム照射 / d0強磁性 / カチオン原子空孔 / SQUID / イオンビーム

研究成果の概要

金属酸化物半導体の中には、原子空孔に局在した電子スピンにより強磁性化すると理論的に予測されているものがある。本研究ではスピン偏極陽電子消滅(SP-PAS)法を用いてこれを検証した。酸化亜鉛単結晶に酸素イオンビームを照射して原子空孔を導入すると、磁化測定では照射後に実際に磁化が検出された。SP-PAS測定では、消滅ガンマ線強度の磁場反転非対称性(磁気ドップラー(MDB)スペクトル強度)が、イオンビーム照射量の増大に伴って増大した。これはイオンビーム照射により導入された亜鉛空孔に局在電子スピンが存在することを示している。本研究により、原子空孔が磁性の源であることが初めて実験的に裏付けられた。

研究成果

• [雑誌論文] スピン偏極陽電子ビームによる空孔誘起磁性の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前川雅樹
  • 雑誌名: 陽電子科学 巻: 10 ページ: 29-37
  • NAID: 40021484840
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacancy-induced magnetism in GaN film probed by spin-polarized positron beam (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Maekawa, S. Sakai, K. Wada, A. Miyashita and A. Kawasuso
  • 雑誌名: QST Takasaki Annual Report 2016 巻: QST M-8 ページ: 131-131
  • NAID: 130006710563
• [雑誌論文] Vacancy-induced ferromagnetism in ZnO probed by spin-polarized positron annihilation spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Maekawa Masaki、Abe Hiroshi、Miyashita Atsumi、Sakai Seiji、Yamamoto Shunya、Kawasuso Atsuo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 110 号: 17 ページ: 172402-172402
  • DOI: 10.1063/1.4979696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacancy-Induced magnetism in ZnO probed by Spin-Polarized Positron Beam (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Maekawa, H. Abe, S. Sakai and A. Kawasuso
  • 雑誌名: QST-Takasaki annual report 2015 巻: QST-M-2 ページ: 60-60
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Vacancy-induced Magnetizm by the Spin-polarized Positron Annihilation Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Maekawa, K. Zhou and A. Kawasuso
  • 雑誌名: JAEA-Review 巻: 022 ページ: 134-134
  • 査読あり
• [学会発表] 前川雅樹、境誠司、和田健、宮下敦巳、河裾厚男 (2018)
  • 著者名/発表者名: スピン偏極陽電子ビームによる窒化ガリウム薄膜の空孔誘起磁性評価
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会（2018年）
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームを用いた窒化ガリウム薄膜の空孔誘起磁性の検 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川雅樹、境誠司、和田健、宮下敦巳、河裾厚男
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームを用いた希薄磁性半導体中の空孔誘起磁性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川雅樹、阿部浩之、宮下敦己、圓谷史郎、境誠司、山本春也、河裾厚男
  • 学会等名: 第 1 回 QST 高崎研シンポジウム
  • 発表場所: 高崎量子応用研究所(群馬県高崎市)
  • 年月日: 2017-01-27
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームによるイオン照射窒化ガリウム薄膜の空孔局在電子スピンの検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川雅樹、境誠司、和田健、宮下敦巳、河裾厚男
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Vacancy-induced magnetism in metal oxides or nitrides probed by spin-polarized positron beam (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Maekawa, S. Sakai, K. Wada, A. Miyashita and A. Kawasuso
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームを用いた希薄磁性半導体中の空孔誘起磁性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川雅樹、境誠司、和田健、宮下敦巳、河裾厚男
  • 学会等名: QST高崎サイエンスフェスタ2017
• [学会発表] Application of spin-polarized positron spectroscopy to some ferromagnetic systems (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasuso, M. Maekawa, A. Miyashita, H. Abe, S. Sakai, S. Entani, S. Yamamoto, K. Wada , H. Zhang, H. Li, T. Seki, E. Saitoh, K. Takanashi, S. Iida, Y. Nagashima, J. Ieda, G. Bo, S. Maekawa, T. Hyodo, I. Mochizuki, A. Yabuuchi
  • 学会等名: International workshop on computational science 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 前川雅樹、境誠司、圓谷史郎、河裾厚男 (2016)
  • 著者名/発表者名: 窒素イオン照射GaN膜の空孔誘起磁性評価
  • 学会等名: 平成28年度京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所(大阪府熊取市)
  • 年月日: 2016-12-08
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームを用いたイオン照射酸化亜鉛による空孔誘起磁性効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阿部浩之・前川雅樹・宮下敦巳・境誠司・圓谷志郎・山本春也・河裾厚男
  • 学会等名: 第５３回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区)
  • 年月日: 2016-07-07
• [学会発表] Spin-polarized positron annihilation spectroscopy on ferromagnets, surfaces and vacancies (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Kawasuso, H. J. Zhang, H. Li, K. Zhou, M. Maekawa, A. Miyashita, H. Abe, S. Sakai, S. Yamamoto, K. Wada
  • 学会等名: 14th International Workshop on Slow Positron Beam Techniques & Applications
  • 発表場所: 松江国際会議場(島根県松江市)
  • 年月日: 2016-05-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームによって明らかにされた酸化亜鉛空孔誘起”d0”強磁性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部浩之
  • 学会等名: 第25回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 開港記念会館(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-12-08
• [学会発表] 陽電子で観る表面、界面、原子空孔、スピン (2015)
  • 著者名/発表者名: 前川雅樹、阿部浩之、宮下敦巳、李輝、河裾厚男
  • 学会等名: 第31 回PIXE シンポジウム
  • 発表場所: 高崎量子応用研究所(群馬県高崎市)
  • 年月日: 2015-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] スピン偏極陽電子消滅法によるNi添加ZnO空孔誘起磁性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前川 雅樹、周凱、河裾厚男
  • 学会等名: 第10回高崎量子応用研究シンポジウム
  • 発表場所: 高崎量子応用研究所(群馬県高崎市)
  • 年月日: 2015-10-08
• [学会発表] イオンビーム照射で導入された原子空孔に由来する強磁性効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部浩之
  • 学会等名: 第10回 高崎量子応用研究シンポジウム
  • 発表場所: 高崎量子応用研究所(群馬県高崎市)
  • 年月日: 2015-10-08
• [学会発表] Spin-Polarized Positron Annihilation Spectroscopy: Present and Future (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsuo Kawasuso
  • 学会等名: 17th International Conference on Positron Annihilation
  • 発表場所: Wuhan(China)
  • 年月日: 2015-09-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スピン偏極陽電子ビームを用いた酸化亜鉛空孔誘起磁性の検出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 阿部浩之, 前川雅樹, 周凱, 河裾厚男
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] 金属酸化物の原子空孔誘起強磁性効果の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 河裾厚男、前川雅樹、宮下敦巳、境誠司
  • 学会等名: 第52回アイソトープ・放射線研究発表会
  • 発表場所: 東京大学弥生講堂(東京都文京区)
  • 年月日: 2015-07-09
• [備考] 世界に先駆けた技術を用いて、酸化亜鉛に放射線を照射すると強磁性が現れるしくみを解明
  • URL: http://www.qst.go.jp/information/itemid034-002172.html