強磁性半導体の特性制御とスピン源への応用

2010 年度 研究成果報告書

• 研究領域: スピン流の創出と制御
• 研究課題/領域番号: 19048011
• 研究種目: 特定領域研究
• 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, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (40221949)
• 研究分担者: 金澤 研 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 助教 (60455920)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: スピントロニクス

研究概要

半導体へのスピン注入源の実現を目的とし、II-VI族ベースの磁性半導体を対象とした材料探索および強磁性特性の制御・向上を目指した研究を行った。(Zn,Cr)Teにおける磁性元素Crの凝集に着目し、結晶成長時の種々の条件によりCr凝集および磁化特性を制御することを目指した。その結果、Cr凝集領域の形成は成長温度により制御できることが示された。さらに二元化合物CrTe,四元混晶(Cd,Mn,Cr)Teを対象とした研究も行い、強磁性の振舞いを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of co-doping of donor and acceptor impurities in the ferromagnetic semiconductor Zn_<1-x>Cr_xTe studied by soft x-ray magnetic circular dichroism (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamazaki, T.Kataoka, V.R.Singh, A.Fujimori, F.-H.Chang, D.-J.Huang, H.-J.Lin, C.T.Chen, K.Ishikawa, K.Zhang, S.Kuroda
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 23 ページ: 176002,1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton dynamics in CdTe/ZnTe quantum structures (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Tomimoto, S.Nozawa, Y.Terai, S.Kuroda, K.Takita, Y.Masumoto
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (b) 248 ページ: 389-392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Cr-rich nano-clusters and columns in (Zn,Cr)Te grown by MBE (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nishio, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
  • 雑誌名: Novel Materials and Devices for Spintronics, Materials Research Society Symposium Proceedings vol.1183 ページ: 9-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic spin dynamics of confined electrons in CdTe/ZnTe quantum structures (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Tomimoto, S.Nozawa, Y.Terai, S.Kuroda, K.Takita, Y.Masumoto
  • 雑誌名: Physical Review B 81 ページ: 125313,1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reversible ferromagnetic spin ordering governed by hydrogen in Co-doped ZnO semiconductor (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.C.Cho, S.J.Kim, S.Lee, S.J.Kim, C.R. Cho, H.H.Nahm, C.H.Park, I.K.Jeong, S.Park, T.E.Hogn, S.Kuroda, S.Y.Jeong
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 95 ページ: 172514,1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence XAFS analysis of local structures in iodine-doped Zn^<1-x>Cr_xTe (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Ofuchi, K.Ishikawa, K.Zhang, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series vol.190 ページ: 012103,1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behavior in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, N.Nishizawa, S.Kuroda, H.Ikeda, K.Takita, M.Mitome, Y.Bando, T.Dietl
  • 雑誌名: Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings vol.1199 ページ: 419-420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between Cr Distribution and Ferromagnetism in Iodine-Doped (Zn,Cr)Te (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Nishizawa, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando, T.Dietl
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society 53 ページ: 2917-2920
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consistent anisotropic behaviors between the magnetic and the magneto-optical properties in Zn_<1-x>Co_xO thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: J.W.Lee, S.Kuroda, K.Takita, F.Takano, H.Akinaga
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society 53 ページ: 309-312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-optical properties of n-type modulation-doped (Cd,Cr)Te quantum well (2008)
  • 著者名/発表者名: F.Takano, T.Nishizawa, J.W.Lee, S.Kuroda, Y.Imanaka, T.Takamasu, H.Akinaga
  • 雑誌名: Physica E 40 ページ: 1166-1168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between ferromagnetism and cluster formation in (Zn,Cr)Te co-doped with charge impurities (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Nishizawa, S.Kuroda, K.Takita, M.Mitome, Y.Bando, T.Dietl
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings vol.999 ページ: 0999-K06-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence XAFS stury on local study around Cr atoms doped in ZnTe, AIP Conference Proceedings (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Ofuchi, N.Ozaki, N.Nishizawa, H.Kinjyo, S.Kuroda, K.Takita
  • 雑誌名: X-ray Absorption Fine Structure -XAFS13 : 13th International Conference vol.882 ページ: 517-519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin and control of high-temperature ferromagnetism in semiconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda, N.Nishizawa, K.Takita, M.Mitome, Y.Bando, K.Osuch, T.Dietl
  • 雑誌名: Nature Materials 6 ページ: 440-446
  • 査読あり
• [雑誌論文] AIP Conference Proceedings (2007)
  • 著者名/発表者名: F.Takano, T.Nishizawa, H.Kinjo, J.W.Lee, S.Kuroda, H.Ofuchi, Y.Imanaka, T.Takamasu, G.Kido, K.Takita, H.Akinaga
  • 雑誌名: Physics of Semiconductors : 28th International Conference on the Physics Semiconductors -ICPS 2006 vol.893 ページ: 1193-1194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-optical study of ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Nishizawa, S.Marcet, N.Ozaki, S.Kuroda, K.Takita
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 3 ページ: 4102-4105
  • 査読あり
• [雑誌論文] MBE growth and magnetic properties of quaternary magnetic semiconductor (Cd,Mn,Cr)Te
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, S.Kuroda
  • 雑誌名: Physics of Semiconductors, AIP Conference Proceedings in press.
  • 査読あり
• [学会発表] 希薄磁性半導体(Zn,Cr)TeにおけるCr凝集領域の形成と結晶構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林広明, 西尾陽太郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 二元化合物CrTeのMBE成長における下地層の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西尾陽太郎, 関田直也, 石川弘一郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-24
• [学会発表] 四元混晶半導体(Cd,Mn,Cr)TeのMBE成長と磁化・磁気光学特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 黒田眞司
  • 学会等名: 第14回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-14)
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] CdTe(001)上へMBE成長した二元化合物CrTeの構造と磁化特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西尾陽太郎, 石川弘一郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第14回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-14)
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] Magnetic properties of quaternary magnetic semiconductor (Cd,Mn,Cr)Te grown by MBE (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, S.Kuroda
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2010)
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2010-09-23
• [学会発表] ZnTe(001)上にMBE成長した二元化合物CrTeの構造と磁化特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西尾陽太郎, 石川弘一郎, 金澤研, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 長崎大学 文教キャンパス
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Search for high-temperature ferromagnetic semiconductors and application for semiconductor spintronics (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda
  • 学会等名: 4th AEARU Workshop "Advanced Materials Science Workshop on Artificial and Self-Organized Nanostructure Sciences and Nano-Technologies for the Sustainable World(invited)
  • 発表場所: University of Tsukuba
  • 年月日: 2010-08-30
• [学会発表] Structural and magnetic properties of binary compound CrTe grown on ZnTe(001) by MBE (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Nishio, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Effect of acceptor co-doping in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Zhang, H.Oikawa, K.Ishikawa, S.Kuroda
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] Structural characterization of metastable zinc-blende CrTe by fluorescence X-ray absorption fine structure (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Ofuchi, Y.Nishio, K.Ishikawa, S.Kuroda
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Physics and Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (PASPS-VI)
  • 発表場所: University of Tokyo
  • 年月日: 2010-08-02
• [学会発表] MBE growth and magnetic properties quaternary magnetic semiconductor (Cd,Mn,Cr)Te (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, S.Kuroda
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2010)
  • 発表場所: COEX, Seoul, Korea
  • 年月日: 2010-07-26
• [学会発表] ZnTe(001)上にMBE成長した二元化合物CrTeの構造と磁化特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西尾陽太郎, 石川弘一郎, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] 四元混晶半導体(Cd,Mn,Cr)TeのMBE成長と磁化特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 黒田眞司
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] (Cd,Mn,Cr)Te薄膜における磁気特性のCr組成依存性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 黒田眞司
  • 学会等名: 第14回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-14)
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2009-12-21
• [学会発表] MBEによる閃亜鉛鉱型CrTeの成長と磁化特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西尾陽太郎, 石川弘一郎, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第14回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-14)
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2009-12-21
• [学会発表] Formation of Cr-rich Columnal Regions in Magnetic Semiconductor (Zn,Cr)Te (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Nishio, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2009)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2009-10-08
• [学会発表] MBEによる閃亜鉛鉱型CrTeの成長と磁化特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西尾陽太郎, 石川弘一郎, 黒田眞司, 三留正則, 坂東義雄
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] Formation of Cr-rich nano-clusters and nano-columns in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Nishio, K.Zhang, K.Ishikawa, S.Kuroda, M.Mitome, Y.Bando
  • 学会等名: 14th International Conference on II-VI Compounds
  • 発表場所: St.Petersburg, Russia
  • 年月日: 2009-08-24
• [学会発表] Controlling size and shape of ferromagnetic nanocrystals in (Zn,Cr)Te (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda
  • 学会等名: 5th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH-V)(invited)
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 2009-07-09
• [学会発表] Formation of Cr-rich nano-clusters and columns in (Zn,Cr)Te grown by MBE (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda, K.Ishikawa, K.Zhang, Y.Nishio, M.Mitome, Y.Bando
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2009-04-13
• [学会発表] ヨウ素ドープ(Zn,Cr)Teの蛍光XAFS法による局所構造評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大渕博宣, 石川弘一郎, 張珂, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 磁性半導体(Zn,Cr)TeにおけるCr凝集クラスターの形成と超常磁性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司, 石川弘一郎, 張珂, 西尾陽太郎
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 半導体における磁性元素の高濃度ドーピングと非一様分布 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会(招待講演)
  • 発表場所: 立教大/立教池袋中・高
  • 年月日: 2009-03-28
• [学会発表] (Zn,Cr)TeにおけるCr-richナノカラムの形成と磁化特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 張珂, 西尾陽太郎, 及川晴義, 石川弘一郎, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第13回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-13)
  • 発表場所: 東北大学電気通信研究所
  • 年月日: 2009-01-27
• [学会発表] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic properties of (Zn,Cr)Te (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda, K.Ishikawa, M.Mitome, Y.Bando
  • 学会等名: 53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM-53)
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] (Zn,Cr)Teにおける高Cr組成の柱状領域の形成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 張珂, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Magnetic properties of magnetic semiconductors with inhomogeneous distribution of magnetic elements (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, S.Kuroda
  • 学会等名: 5th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-V)
  • 発表場所: Foz do Iguacu, Brazil
  • 年月日: 2008-08-04
• [学会発表] Control of nanocluster formation and ferromagnetic properties in diluted magnetic semiconductors (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda
  • 学会等名: 29th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS-29)(invited)
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 2008-07-31
• [学会発表] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behaviors in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Ishikawa, N.Nishizawa, S.Kuroda, K.Ikeda, K.Takita, M.Mitome, Y.Bando, T.Dietl
  • 学会等名: 29th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS-29)
  • 発表場所: Rio de Janeiro, Brazil
  • 年月日: 2008-07-29
• [学会発表] 高Cr組成(～20%)の(Zn,Cr)TeにおけるCr分布と強磁性特性との相関 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 西沢望, 黒田眞司, 池田博, 三留正則, 板東義雄
  • 発表場所: 日大理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] 磁性半導体における磁性元素の不均一分布と強磁性特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司, 西沢望, 瀧田宏樹, 三留正則, 板東義雄, ディートルトーマス
  • 学会等名: 第55回応用物理学関係連合講演会(招待講演)
  • 発表場所: 日大理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-27
• [学会発表] 磁性半導体における磁性元素の不均一分布と強磁性特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 黒田眞司
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会(招待講演)
  • 発表場所: 近畿大学本部キャンパス
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] ヨウ素ドープ(Zn,Cr)TeにおけるCr組成分布と強磁性特性の成長条件依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 西沢望, 黒田眞司, 池田博, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第12回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-12)
  • 発表場所: 大阪大学産業科学研究所
  • 年月日: 2007-12-20
• [学会発表] Control of nanocluster formation and ferromagnetic properties by co-doping of charge impurities in ferromagnetic semiconductor (Zn,Cr)Te (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda
  • 学会等名: Polish-Japanese Joint Seminar "Ferromagnetism and Magnetic Nanostructures in Semiconductors"(invited)
  • 発表場所: Leszno, Poland
  • 年月日: 2007-09-28
• [学会発表] Correlation between Magnetism and Cr Distribution in Iodine doped ZnCrTe (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Nishizawa, K.Ishikawa, S.Kuroda, K.Takita, M.Mitome, Y.Bando, T.Dietl
  • 学会等名: 13th International Conference on II-VI Compounds
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2007-09-12
• [学会発表] ヨウ素ドープ(Zn,Cr)TeにおけるCr組成分布と強磁性特性のMBE成長温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石川弘一郎, 西沢望, 黒田眞司, 池田博, 三留正則, 板東義雄
  • 学会等名: 第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-08
• [学会発表] Correlation between ferromagnetism and cluster formation in (Zn,Cr)Te co-doped with charge impurities (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda, N.Nishizawa, K.Takita, M.Mitome, Y.Bando, T.Dietl
  • 学会等名: Materials Research Society 2007 Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2007-04-12
• [学会発表] Effects of co-doping on ferromagnetism in (Zn,Cr)Te (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Kuroda
  • 学会等名: American Physical Society (APS) 2007 March Meeting(invited)
  • 発表場所: Denver, USA
  • 年月日: 2007-03-07
• [産業財産権] 荷電制御強磁性半導体 (2010)
  • 発明者名: 黒田眞司、西沢望、尾崎信彦、瀧田宏樹
  • 権利者名: 筑波大学
  • 産業財産権番号: 特許,4446092
  • 取得年月日: 2010-01-29
• [産業財産権] 磁性半導体とその製造方法 (2007)
  • 発明者名: 黒田眞司、西沢望、瀧田宏樹、三留正則、板東義雄、トーマス・ディートル
  • 権利者名: 物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許,特願2007-46400
  • 出願年月日: 2007-02-27