| 研究課題/領域番号 |
09355030
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
宮本 明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50093076)
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| 研究分担者 |
久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90241538)
寺石 和夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40292239)
川崎 雅司 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (90211862)
吉本 護 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20174998)
鯉沼 秀臣 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (70011187)
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| キーワード | 次世代エレクトロニクス材料 / 酸化物人工超格子 / 原子レベル設計 / 3次元周期境界条件密度汎関数計算 / 結晶成長シミュレーション / ZnO / 紫外レーザー / ドーピング |
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| 研究概要 |
酸化物は、高温超伝導や巨大磁気抵抗などの発見にみられるように、半導体にはない様々な物性を発現し、次世代のエレクトロニクス材料として大きな期待が集まっている。特に最近、鯉沼らはα-Al_2O_3(0001)基板上に作成したZnO量子ドットがYAGレーザー下で紫外レーザー発振することを発見し、高密度記録材料などへの応用が期待されている。そこで本研究では、3次元周期境界条件密度汎関数計算を用いて、ZnOへの様々な金属のドーピングによるバンド構造変化について検討を行った。
計算結果より、ZnOの格子構造を変化させずにバンドギャップを広げることができる候補としてMgが予測された。逆に格子構造を変化させずにバンドギャップを縮めることができる候補としてCoが予測された。また、Coをドーピングしたときに磁性の存在が予測された。さらに、鯉沼らにより実験的にも計算化学により得られたこれら予測が正しいことが証明された。
ZnO(0001)面はZn終端面とO終端面の2種類が存在する。そこで、それら表面の極性と安定性についても3次元周期境界条件密度汎関数計算による検討を行った。その結果、Zn終端面はO終端面に比較し、金属ライクになっており安定性に劣ることが明らかにされた。また鯉沼らにより、Zn終端面の方が成長過程においてZnO分子などの脱離が顕著であることが実験的にも明らかにされ、本予測の妥当性が検証された。さらに、結晶成長シミュレーションプログラムの活用により、α-Al_2O_3(0001)上の′ZnO量子ドットが2段ステップを有する理由を解明することに成功した。さらに、α-Al_2O_3(0001)上ZmO量子ドットの配向性、極性についても検討した。
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