走査トンネル顕微鏡による希薄磁性半導体の磁性発現機構解明と強磁性ナノ構造作製

• 研究課題/領域番号: 25870103
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ構造物理; 応用物性
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 金澤 研 筑波大学, 数理物質系, 助教 (60455920)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2013年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 磁性半導体 / スピントロニクス / 走査トンネル顕微鏡 / 表面・界面物性 / 分子線エピタキシー法

研究成果の概要

本研究では、半導体スピントロニクスへの応用が期待される希薄磁性半導体の強磁性メカニズムを明らかにするという目的で、走査トンネル顕微鏡 (STM) を用いてZnTeに添加されたCr周りの局所電子状態の観察を行った。
STM観察の結果、添加されたCrはZnTeのZnサイトを置換して存在し、フェルミ準位近傍のエネルギー領域において隣接するTeとの間にスピン偏極した不純物状態を形成していることがわかった。また、隣接Cr間に強磁性相互作用が働くことによってその不純物準位がブロード化することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Cr impurity-induced electronic states in ZnTe(110) surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa and Shinji Kuroda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 8S2 ページ: 08LB01-08LB01
  • DOI: 10.7567/jjap.54.08lb01
  • NAID: 210000145630
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural and magnetic properties of hexagonal Cr1-dTe films grown on CdTe(001) by molecular beam epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kanazawa, K. Yamawaki, N. Sekita, Y. Nishio, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 415 ページ: 31-35
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.12.032
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing of electronic structures of La @ C 82 superatoms upon clustering realized using glycine nanocavities (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Taninaka, Takahiro Ochiai, Ken Kanazawa, Osamu Takeuchi and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 12 ページ: 125503-125503
  • DOI: 10.7567/apex.8.125503
  • NAID: 210000137733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of homochiral glycine / Cu(111) quantum corral array realized using alanine nuclei (2015)
  • 著者名/発表者名: Miki Nakamura, Hui Huang, Ken Kanazawa, Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 8S2 ページ: 08LB05-08LB05
  • DOI: 10.7567/jjap.54.08lb05
  • NAID: 210000145634
  • 査読あり
• [雑誌論文] Depositon and characterization of amorphous alminum nitride thin films for a gate insulator (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Oikawa, R. Akiyama, K. Kanazawa, S. Kuroda, I. Harayama, K. Nagashima, D. Sekiba, Y. Ashizawa, A. Tsukamoto, K. Nakagawa, N. Ota
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 574 ページ: 110-114
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2014.11.081
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of homochiral glycine/Cu(111) quantum corral array realized using alanine nuclei (2015)
  • 著者名/発表者名: Miki Nakamura, Hui Huang, Ken Kanazawa, Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, Osamu Takeuchi and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中
  • NAID: 210000145634
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic probe of ZnTe(110) surface by scanning tunneling microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa and Shinji Kuroda
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 16 号: 1 ページ: 015002-015002
  • DOI: 10.1088/1468-6996/16/1/015002
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real space probe of short-range interaction between Cr in a ferromagnetic semiconductor ZnCrTe (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa and Shinji Kuroda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 2014, 6 号: 24 ページ: 14667-14673
  • DOI: 10.1039/c4nr04826a
  • NAID: 120007136511
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Variation in anisotropic dispersion relations of self-assembled monolayer on Cu(100) induced by modulation of molecular structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Miki Nakamura, Hui Huang, Atsushi Taninaka, and Hidemi Shigekawa
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 632 ページ: L1-L4
  • DOI: 10.1016/j.susc.2014.07.022
  • 査読あり / 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] 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] 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: AIP Conference Proceedings 巻: 1566 ページ: 341-342
  • DOI: 10.1063/1.4848425
  • 査読あり
• [学会発表] MBE 成長した三元化合物(Cr,Fe)Te 薄膜の成長温度変化による磁気特性・構造特性の変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鶴岡 英晃、金澤 研、黒田 眞司
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場 (愛知県 名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 単一のCr 原子を含むCdTe 自己形成ドットの作製および発光スペクトル (2015)
  • 著者名/発表者名: 内海 駿人、中澤 文生、金澤 研、黒田 眞司
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場 (愛知県 名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Magnetic property of ternary transition-metal chalcogenide (Mn,Cr)Te thin films grown by MBE (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Ito, Ken Kanazawa, Shinji kuroda
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場 (愛知県 名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Impurity states induced by transition metals in ZnTe(110) surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa, Shinji Kuroda
  • 学会等名: 8th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH VIII)
  • 発表場所: Basel, Switzerland
  • 年月日: 2015-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] STM study of impurity states induced by Cr atoms in ZnTe(110) surface (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa, Shinji Kuroda
  • 学会等名: 第34回電子材料シンポジウム (EMS-34)
  • 発表場所: ラフォーレ琵琶湖 (滋賀県 守山市)
  • 年月日: 2015-07-15
• [学会発表] ZnTe(100)面上への(Cd,Cr)Te自己形成ドットの作製と磁気光学特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中澤文生、内海駿人、金澤研、黒田眞司
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Co)O におけるF ドーピングによる磁性への効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川諒、秋山了太、金澤研、黒田眞司、大渕博宣
  • 学会等名: 第19回 半導体スピン工学の基礎と応用 PASPS-19
  • 発表場所: 東京大学 武田先端知ビル
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [学会発表] ZnTe(100)面上への(Cd,Cr)Te 自己形成ドットの作製と磁気光学特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中澤文生、内海駿人、金澤研、黒田眞司
  • 学会等名: 第19回 半導体スピン工学の基礎と応用 PASPS-19
  • 発表場所: 東京大学 武田先端知ビル
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [学会発表] MBE により成長した三元化合物(Mn,Cr)Te 薄膜の結晶構造と磁気特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晃、金澤研、黒田眞司
  • 学会等名: 第19回 半導体スピン工学の基礎と応用 PASPS-19
  • 発表場所: 東京大学 武田先端知ビル
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [学会発表] STM を用いたZnTe(110)表面のCr 不純物状態の研究 (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19回 半導体スピン工学の基礎と応用 PASPS-19
  • 発表場所: 東京大学 武田先端知ビル
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [学会発表] Cr impurity-induced Electronic States in ZnTe(110) (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa and Shinji Kuroda
  • 学会等名: 22nd International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM22)
  • 発表場所: 熱川ハイツ
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] MBE成長した三元化合物(Mn,Cr)Te薄膜の結晶構造と磁性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晃、金澤研、黒田眞司
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] STM探針励起によるZnTe(110)表面の欠陥生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金澤研、吉田昭二、黒田眞司、重川秀実
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Study of Cr impurity states in diluted magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te by STM/STS (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75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Interaction Between Impurity States of Cr Atoms in Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te Studied by STM & STS (2014)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa and Shinji Kuroda
  • 学会等名: The 32nd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2014)
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [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] Atomic-scale observation of Cr impurity states in (Zn,Cr)Te by STM (2013)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa, Shinji Kuroda
  • 学会等名: Spintech VII
  • 発表場所: InterContinental Chicago (USA)
• [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: Spintech VII
  • 発表場所: InterContinental Chicago (USA)
• [学会発表] MBE growth and magnetic properties of 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 Compound and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Royal Hotel, 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: Taku Nishimura, Ken Kanazawa, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa, Shinji Kuroda
  • 学会等名: The 16th International Conference on II-VI Compound and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Royal Hotel, 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 Compound and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama Royal Hotel, Nagahama, Japan
• [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回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス
• [学会発表] Crystal structure and magnetism of ternary transition-metal chalcogenide CrFeTe thin films grown by MBE (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yamawaki, K. Kanazawa, S. Kuroda
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス
• [学会発表] Structural and Magnetic Properties of Ternary Transition-metal Chalcogenide CrFeTe Grown by MBE (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yamawaki, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: SSDM2013
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk, Japaqn
• [学会発表] STM Study of Impurity States in Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te (2013)
  • 著者名/発表者名: Ken Kanazawa, Taku Nishimura, Shoji Yoshida, Hidemi Shigekawa, Shinji Kuroda
  • 学会等名: ACSIN-12 & ICSPM21
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
• [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] 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] 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,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] Crystal structure and magnetism of the ternary compound CrFeTe grown on GaAs(001) and (111) substrates by MBE
  • 著者名/発表者名: K. Yamawaki, K. Kanazawa, S. Kuroda, M. Mitome, Y. Bando
  • 学会等名: International Workshop on Science and Patents (IWP) 2013
  • 発表場所: 筑波大学
• [備考] 筑波大学 研究者情報システム （TRIOS)
  • URL: http://www.trios.tsukuba.ac.jp/researcher/0000000759
• [備考] 筑波大学 物質工学域 黒田研究室
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kuroda_lab/gyouseki.html
• [備考] 筑波大学 研究者総覧 (TRIOS)
  • URL: http://www.trios.tsukuba.ac.jp/researcher/0000000759