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磁性半導体における荷電不純物の同時ドーピングによる特性制御と新規材料の開発

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 25104704
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
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) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2014年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワードスピントロニクス / 磁性半導体 / 磁性元素の凝集 / 同時ドーピング / 室温強磁性 / ドーピング
研究実績の概要

(1) (Zn,Cr)Teにおけるアクセプターのドーピングによる強磁性抑制のメカニズム
強磁性半導体(Zn,Cr)Teにおけるアクセプター性不純物である窒素(N)のドーピングによる強磁性抑制の効果を定量的に調べた。Cr組成を一定として窒素濃度を変化させた一連の薄膜に対する磁化測定の結果、窒素濃度の増加により強磁性転移温度TCは低下しゼロに至るが、強磁性の消失はCr組成の値に係らず窒素濃度[N]がCr組成に対して一定の比の値[N]/[Cr]=0.08-0.1で生じることを見出した。一方、X線吸収微細構造(XAFS)測定では、同じく窒素とCrの濃度比[N]/[Cr]=0.08-0.1の付近でスペクトルに明らかな変化が見られた。これらの結果から、強磁性の消失は窒素ドーピングに伴うCrの電子状態の変化に起因することが示された。
(2) 2種類の遷移元素を添加した四元系混晶における遷移元素間の相互作用と磁性
異種の遷移元素間の相互作用およびそれに起因する新たな磁性発現を検証することを目的として、ZnTeに二種類の遷移元素Cr, Feを添加した(Zn,Cr,Fe)Teの研究を行った。MBEによりCr組成一定でFe組成を変化させた一連の薄膜試料を作製し、その磁化特性を調べた。その結果、Fe組成の増加に伴い、飽和磁化は減少する一方、保磁力は増加するという結果が得られた。これは、CrとFeの磁気モーメント間に反強磁性相互作用がはたらき、その結果磁化の大きさは減少する一方で磁気秩序は安定化するという理論予測と定性的に一致する傾向が示された。
(3) IV-VI族磁性半導体(Sn,Mn)TeのMBE成長と磁性
IV-VI族DMSにおける強磁性発現の探索を目的として、SnTeにMnを添加した(Sn,Mn)Teの磁化特性を調べた。MBEによる(Sn,Mn)Te薄膜成長において成長条件を最適化することにより、Mn組成6%以下の範囲で異相の析出がなく(111)方向のみに成長した(Sn,Mn)Teの単相の薄膜を得ることが出来た。磁化測定ではこれらの薄膜は低温まで常磁性を示し、強磁性発現は見られなかった。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (36件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Depositon and characterization of amorphous alminum nitride thin films for a gate insulator2015

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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 epitaxy2015

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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 MBE2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 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 film2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 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)Te2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Weak antilocalization in (111) thin films of a topological crystalline insulator SnTe2014

    • 著者名/発表者名
      R. Akiyama, K. Fujisawa, R. Sakurai, S. Kuroda
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 568 号: 5 ページ: 052001-052001

    • DOI

      10.1088/1742-6596/568/5/052001

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Real space probe of short-range interaction between Cr in a ferromagnetic semiconductor ZnCrTe2014

    • 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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cross-sectional STM study of impurity states in diluted magnetic semiconductor (Zn, Cr)Te2013

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural analysis of Cr aggregation in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • 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

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜におけるドナードーピングによるキャリア密度制御2015

    • 著者名/発表者名
      藤澤和輝,山口智也,秋山了太,黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜における2次元表面電気伝導測定2015

    • 著者名/発表者名
      秋山了太,藤澤和輝,山口智也,黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会 第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] The effect of F-doping on magnetism in diluted magnetic semiconductor (Zn,Co)O thin films2015

    • 著者名/発表者名
      R. Ishikawa, S. Kuroda, H. Ofuchi
    • 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
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe 薄膜におけるヨウ素ドーピングによるキャリア密度制御2014

    • 著者名/発表者名
      藤澤和輝,山口智也,秋山了太,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
      東京大学弥生キャンパス
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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
      東京大学弥生キャンパス
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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
      東京大学弥生キャンパス
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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
      東京大学弥生キャンパス
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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
      東京大学弥生キャンパス
    • 年月日
      2014-12-15 – 2014-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] The effect of F-doping on magnetism in diluted magnetic semiconductor (Zn,Co)O thin films2014

    • 著者名/発表者名
      石川諒,秋山了太,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
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [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
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Study of Cr impurity states in diluted magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te by STM/STS2014

    • 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
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Interaction between different kinds of transition metal elements incorporated in semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      T. Domon, K. Kanazawa, R. Akiyama, S. Kuroda
    • 学会等名
      European Materials Research Society (E-MRS) 2014 Fall Meeting
    • 発表場所
      Warsaw University of Technology, Poland
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] トポロジカル結晶絶縁体SnTe薄膜の作製とその各種物性測定2014

    • 著者名/発表者名
      秋山了太,藤澤和輝,黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Interaction Between Impurity States of Cr Atoms in Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te Studied by STM & STS2014

    • 著者名/発表者名
      K. Kanazawa, T. Nishimura, S. Yoshida, H. Shigekawa, S. Kuroda
    • 学会等名
      32nd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2014)
    • 発表場所
      Austin, USA
    • 年月日
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Electrical Transport Measurements in Topological Crystalline Insulator SnTe Thin Films2014

    • 著者名/発表者名
      R. Akiyama, K. Fujisawa, S. Kuroda
    • 学会等名
      32nd International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS2014)
    • 発表場所
      Austin, USA
    • 年月日
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Electrical Transport Measurements in Topological Crystalline Insulator SnTe Thin Films2014

    • 著者名/発表者名
      R. Akiyama, K. Fujisawa, R. Sakurai, S. Kuroda
    • 学会等名
      27th International Conference on Low Temperature Physics (LT-27)
    • 発表場所
      Buenos Aires, Argentina
    • 年月日
      2014-08-06 – 2014-08-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Quaternary magnetic semiconductors containing two kinds of transition metal elements2014

    • 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., Toyonaka, Japan
    • 年月日
      2014-06-01 – 2014-06-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 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
      神奈川
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Suppression of ferromagnetism due to acceptor co-doping in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Atomic-scale observation of Cr impurity states in (Zn,Cr)Te by STM2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effect of an Electric Field on Magnetism of Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Modulation of Ferromagnetism by Applied Electric Fields in the Hexagonal CrTe Thin Film2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] MBE Growth and Magnetic Properties of Diluted Magnetic Semiconductor (Zn,Fe)Te2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Acceptor Co-doping on Magnetism and Electronic States in Ferromagnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] STM/STS Study of Cr Impurity States in (Zn,Cr)Te2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Strutural and Magnetic Properties of Ternary Transition-metal Chalcogenide CrFeTe Grown by MBE2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Realization of ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors based on II-VI compounds2013

    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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