半導体に添加した異種の遷移元素間の相互作用の解明と新規磁性半導体の創出

• 研究課題/領域番号: 24656005
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 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: 黒田 眞司 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40221949)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: スピントロニクス / 磁性半導体 / 4元系混晶 / 反強磁性 / スピン偏極電子源 / 強磁性半導体 / 4元混晶半導体

研究概要

異種の遷移元素間の相互作用の解明および新たな磁性発現の検証を目的として、II-VI族半導体に2種類の遷移元素を添加した四元系混晶薄膜の磁性を調べた。CdTeにMnとCrを同時に添加した(Cd,Mn,Cr)Teでは、三元系の(Cd,Mn)Teでは反強磁性的であったMn間の相互作用が、僅かな量のCrの添加により強磁性的に変化し、MnとCrの同時添加により強磁性が増強されることが明らかとなった。一方、ZnTeにCr, Feを添加した(Zn,Cr,Fe)Teでは、Cr組成一定のもとでFe組成の増加に伴い、飽和磁化は減少する一方、保磁力は増加し、CrとFeと間の反強磁性相互作用を示唆する結果が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of acceptor co-doping on magnetism and electronic states in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Zhang, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: 11 号: 7-8 ページ: 1324-1327
  • DOI: 10.1002/pssc.201300755
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural and magnetic characterization of (Zn,Fe)Te thin films grown by MBE (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ishitsuka, T. Domon, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: 11 号: 7-8 ページ: 1312-1315
  • DOI: 10.1002/pssc.201300649
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric-field modulation of ferromagnetism in hexagonal chromium telluride thin film (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Akiyama, H. Oikawa, K. Yamawaki, S. Kuroda
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (c) 巻: 11 号: 7-8 ページ: 1320-1323
  • DOI: 10.1002/pssc.201300751
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural analysis of Cr aggregation in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, K. Yamawaki, Y. Nishio, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1566 ページ: 341-342
  • DOI: 10.1063/1.4848425
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-sectional STM study of impurity states in diluted magnetic semiconductor (Zn, Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1566 ページ: 331-332
  • DOI: 10.1063/1.4848420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural analysis of Cr aggregation in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, K. Yamawaki, Y. Nishio, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 雑誌名: Physics of Semiconductors, 31th International Conference on the Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local electronic states of Cr atom in diluted magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te studied by STM and STS (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Kanazawa, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 雑誌名: Physics of Semiconductors, 31th International Conference on the Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural analysis of the phase separation in magnetic semiconductor (Zn, Cr)Te (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, Y. Nishio, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 雑誌名: Physica B 巻: 407 号: 15 ページ: 2947-2949
  • DOI: 10.1016/j.physb.2011.08.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] MBE growth and magnetic properties of quaternary magnetic semiconductor (Cd, Mn, Cr)Te, Physics of Semiconductors, 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikawa, S. Kuroda
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: vol.1399 ページ: 705-706
  • DOI: 10.1063/1.3666572
  • 査読あり
• [学会発表] Quaternary magnetic semiconductors containing two kinds of transition metal elements (invited) (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: International Workshop of Computational Nano-Materials Design on Green Energy
  • 発表場所: Osaka Univ., Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位のSTM観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] MBEにより成長した四元混晶希薄磁性半導体(Zn,Cr,Fe)Te薄膜の磁化特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 土門武,石塚智史,秋山了太,金澤研,黒田眞司
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] 強磁性半導体(Zn,Cr)Teにおける外部電場による磁性変調 (2014)
  • 著者名/発表者名: 及川晴義,秋山了太,百瀬峻,黒田眞司
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位のSTM観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村拓，金澤研，吉田昭二，重川秀実，黒田眞司
  • 学会等名: 第61回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] MBEにより成長した四元混晶希薄磁性半導体(Zn,Cr,Fe)Te薄膜の磁化特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 土門武，石塚智史，秋山了太，金澤研，黒田眞司
  • 学会等名: 第61回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] 強磁性半導体(Zn,Cr)Teにおける外部電場による磁性変調 (2014)
  • 著者名/発表者名: 及川晴義，秋山了太，百瀬峻，黒田眞司
  • 学会等名: 第61回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] Realization of ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors based on II-VI compounds --- Quaternary DMS containing two kinds of TM elements : Ferromagnetism due to interaction between different TM elements (invited) (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: Energy Materials and Nanotechnology Meeting (EMN 2013 Fall)
  • 発表場所: Orlando, Florida, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Strutural and Magnetic Properties of Ternary Transition-metal Chalcogenide CrFeTe Grown by MBE (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yamawaki, N. Sekita, K. Kanazawa and S. Kuroda
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
• [学会発表] Effect of an Electric Field on Magnetism of Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Oikawa, R. Akiyama, S. Kuroda
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
• [学会発表] Modulation of Ferromagnetism by Applied Electric Fields in the Hexagonal CrTe Thin Film (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Akiyama, H. Oikawa, K. Yamawaki, S. Kuroda
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
• [学会発表] MBE Growth and Magnetic Properties of Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Fe)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Ishitsuka, T. Domon, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando, H. Ofuchi
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
• [学会発表] Effect of Acceptor Co-doping on Magnetism and Electronic States in Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Zhang, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
• [学会発表] STM/STS Study of Cr Impurity States in (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nishimura, K. Kanazawa, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compounds and Related Materials (II-VI 2013)
  • 発表場所: Nagahama, Japan
• [学会発表] Suppression of ferromagnetism due to acceptor co-doping in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Zhang, K. Kanazawa, R. Akiyama, S, Kuroda, H. Ofuchi
  • 学会等名: 7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH7)
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] Atomic-scale observation of Cr impurity states in (Zn,Cr)Te by STM (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa, T. Nishimura, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 学会等名: 7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH7)
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位に関するSTM研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
  • 学会等名: 第18回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] CdTe(111)A面上にMBE成長した三元化合物CrFeTeの結晶構造と磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山脇和真,金澤研,黒田眞司,三留正則,板東義雄
  • 学会等名: 第18回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] 四元混晶希薄磁性半導体(Zn,Cr,Fe)TeのMBE成長と磁気特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史,土門武,秋山了太,金澤研,黒田眞司
  • 学会等名: 第18回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Co)O薄膜のn型ドーピングによる磁性の変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川諒,秋山了太,金澤研,黒田眞司
  • 学会等名: 第18回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] MBEにより成長した三元化合物CrFeTe薄膜の結晶構造と磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山脇和真,関田直也,金澤研,黒田眞司
  • 学会等名: 第74回応用物理学秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位のSTM/STS研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西村拓,金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
  • 学会等名: 第74回応用物理学秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
• [学会発表] MBEにより成長した希薄磁性半導体(ZnFe)Teの結晶構造と磁気特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史,土門武,秋山了太,金澤研,黒田眞司,三留正則,板東義雄,大渕博宣
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] MBEによる(Cd,Mn)Te自己形成ドット作製における発光特性の改善 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古田敦,中澤文生,金澤研,黒田眞司
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] Suppression of ferromagnetism due to acceptor co-doping in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Zhang, K. Kanazawa, R. Akiyama, S, Kuroda, H. Ofuchi
  • 学会等名: 7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH-VII)
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] Atomic-scale observation of Cr impurity states in (Zn,Cr)Te by STM (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa, T. Nishimura, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 学会等名: 7th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH-VII)
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] Realization of ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors based on II-VI compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: Energy Materials and Nanotechnology Meeting (EMN 2013 Fall)
  • 発表場所: Orlando, FL, USA
  • 招待講演
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中のCr不純物準位に関するSTM研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西村拓，金澤研，吉田昭二，重川秀実，黒田眞司
  • 学会等名: 第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] CdTe(111)A面上にMBE成長した三元化合物CrFeTeの結晶構造と磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山脇和真，金澤研，黒田眞司，三留正則，板東義雄
  • 学会等名: 第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] 四元混晶希薄磁性半導体(Zn,Cr,Fe)Te のMBE 成長と磁気特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史，土門武， 秋山了太，金澤研，黒田眞司
  • 学会等名: 第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Co)O 薄膜のn 型ドーピングによる磁性の変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石川諒，秋山了太，金澤研，黒田眞司
  • 学会等名: 第18回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-18)
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] MBEにより成長した希薄磁性半導体(ZnFe)Teの結晶構造と磁気特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史，土門武，秋山了太，金澤研，黒田眞司，三留正則，板東義雄，大渕博宣
  • 学会等名: 第60回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] MBEによる(Cd,Mn)Te自己形成ドット作製における発光特性の改善 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古田敦，中澤文生，金澤研，黒田眞司
  • 学会等名: 第60回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] Spatial Distribution of Impurity States of Cr Atoms in (Zn,Cr)Te Studied by STM (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa, S.Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Structural and Magnetic Properties of Binary Compound CrTe Grown by MBE (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Sekita, K. Yamawaki, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2013)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] STM/STS study of electronic states in (Zn,Cr)Te (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 学会等名: The 7th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VII)
  • 発表場所: Eindhoven, Netherlands
• [学会発表] Local Electronic States of Cr atom in Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te Studied by STM and STS (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
  • 学会等名: 31st International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2012)
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
• [学会発表] Cr Aggregation and Magnetic Properties in Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, Y. Nishio, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: 31st International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2012)
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
• [学会発表] MBEにより成長した磁性半導体(Zn,Fe)Teの構造と磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史,秋山了太,金澤研,黒田眞司,三留正則,板東義雄,大渕博宣
  • 学会等名: 第17回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-17)
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中に形成されるCr不純物状態の原子スケールSTM観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
  • 学会等名: 第17回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-17)
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
• [学会発表] 二元化合物CrTe薄膜のMBE成長条件による結晶構造・磁気特性の変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山脇和真,関田直也,西尾陽太郎,金澤研,黒田眞司,三留正則,坂東義雄
  • 学会等名: 第73回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区, 松山大学文京キャンパス
• [学会発表] STMによる磁性半導体(Zn,Cr)Te電子状態の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金澤研,吉田昭二,重川秀実,黒田眞司
  • 学会等名: 第73回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区, 松山大学文京キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Fe)Te薄膜のMBE成長と磁気特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史,石川弘一郎,金澤研,黒田眞司,三留正則,坂東義雄
  • 学会等名: 第73回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区, 松山大学文京キャンパス
• [学会発表] 二元化合物CrTe薄膜のMBE成長条件による結晶構造・磁気特性の変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山脇和真，関田直也，西尾陽太郎，金澤 研，黒田眞司，三留正則，坂東義雄
  • 学会等名: 第73回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文京キャンパス
• [学会発表] STMによる磁性半導体(Zn,Cr)Te電子状態の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金澤 研，吉田昭二，重川秀実，黒田眞司
  • 学会等名: 第73回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文京キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Fe)Te薄膜のMBE成長と磁気特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石塚智史，石川弘一郎，金澤 研，黒田眞司，三留正則，坂東義雄
  • 学会等名: 第73回応用物理学学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文京キャンパス
• [学会発表] MBEにより成長した磁性半導体(Zn,Fe)Teの構造と磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石塚 智史, 秋山 了太, 金澤 研, 黒田 眞司, 三留 正則, 板東 義雄,大渕 博宣
  • 学会等名: 第17回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-17)
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)Te中に形成されるCr不純物状態の原子スケールSTM観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 金澤 研, 吉田 昭二, 重川 秀実, 黒田 眞司
  • 学会等名: 第17回 半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-17)
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス