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希薄磁性半導体界面の核スピン制御

研究課題

研究課題/領域番号 17740194
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 物性Ⅰ
研究機関大阪大学

研究代表者

小倉 昌子  大阪大学, 理学研究科, 助教 (30397640)

研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2007年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2006年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
キーワード電子状態計算 / 超微細相互作用 / 希薄磁性半導体
研究概要

(In,Mn)AsなどのIII-V族希薄磁性半導体とAISb等のヘテロ接合を考え、界面付近に不純物(例えばアンチサイトAs)を導入し、その超微細場に着目する。接合部分にバイアス電圧を加えると界面付近でAISb側から(In,Mn)As側への電子注入がわずかに生じ、アンチサイトAsのs状態の占有数が変化し超微細場に大きな変化が生じる。このように超微細場を制御することによって核スピンを操作することが可能であると考えられる。
本研究では密度汎関数法に基づくKKR-CPA法を用いて超微細場の変化を検証した。その結果数ボルトのバイアス電圧によってアンチサイトAsの超微細場が大きく変化することがわかった。このような超微細場の変化は磁性半導体やベースとなる半導体の種類を変えても同様におこる。ただし超微細場が変化するバイアス電圧の値はベースによって大きく異なる。これはベースによってアンチサイトAsのエネルギー準位が変化するためである。超微細場のふるまいはMn濃度にも依存し、Mn濃度が高いほど超微細場が変化するバイアス電圧の値が大きくなり、超微細場の変化は大きくなることがわかった。前者は(In,Mn)Asのキャリアホールが増加すること、後者はアンチサイトAsの状態の交換分裂が大きくなることから説明できる。また、超微細磁場の変化のふるまいはベース半導体のドーピングによっても変化する。例えば、ドナーを供給するとフェルミレベルがシフトして超微細場が変化するバイアス電圧の値が低くなる。これらのことから現実的なバイアス電圧で超微細場を制御できる系を設計することが可能であると言える。
II-VI族化合物半導体についても同様の計算を試みたが、大きな超微細場の変化は見られなかった。これはバンドギャップ中に磁性イオンによるバンドが生じて、不純物状態がこの磁性イオンによるバンドと強く混成し広がってしまうためである。

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2008 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Manipulation of Nuclear Spins in Interfaces of Diluted Magnetic Semiconductors2008

    • 著者名/発表者名
      M. Ogura and H. Akai
    • 雑誌名

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 6

      ページ: 7-10

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric-field-driven nuclear spin control using diluted magnetic semiconductors2007

    • 著者名/発表者名
      M. Ogura and H. Akai
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 91

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calculated electronic structures and Neel temperatures of half-metallic diluted antiferromagnetic semiconductors2007

    • 著者名/発表者名
      M. Ogura, C. takahashi and H. Akai
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter 19

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calculated transport properties of half-metallic diluted antiferromagnetic semiconductors2007

    • 著者名/発表者名
      H.Akai, M.Ogura
    • 雑誌名

      Journal of Physics D : Applied Physics 40

      ページ: 1238-1238

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Half-metallic Antiferromagnetic Semiconductors2006

    • 著者名/発表者名
      H.Akai, M.Ogura
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 97

      ページ: 26401-26401

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] The full potential Korringa-Kohn-Rostoker method and its application in electric field gradient calculations2005

    • 著者名/発表者名
      M.Ogura, H.Akai
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter 17

      ページ: 5741-5741

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Magnetic Properties and the electric Field Gradients of Fe_4N and Fe_4C2005

    • 著者名/発表者名
      M.Ogura, H.Akai
    • 雑誌名

      Hyperfine Interactions 158

      ページ: 19-19

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Manipulation of Nuclear Spins in Interfaces of Diluted Magnetic Semiconductors2007

    • 著者名/発表者名
      M. Ogura
    • 学会等名
      XIV International conference on Hyperfine Interactions & XVIII International Symposium on Nuclear Quadrupole Interaction
    • 発表場所
      Foz de iguacu, Brazil
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Manipulation of Nuclear Spins in Interfaces of Diluted Magnetic Semiconductors2007

    • 著者名/発表者名
      M. Ogura
    • 学会等名
      Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium 2007
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 希薄磁性半導体界面における電場による核スピン制御2007

    • 著者名/発表者名
      小倉昌子
    • 学会等名
      文部科学省次世代スーパーコンピュータプロジェクトナノ分野グランドチャレンジ研究次世代ナノ統合シミュレーションソフトウェアの研究開発「次世代ナノ情報機能・材料」成果報告会
    • 発表場所
      御茶ノ水ビジネスセンター(東京)
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2020-05-15  

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