2003 年度実績報告書

磁性体ドットを埋め込んだ半導体薄膜と光変調磁性

研究課題

研究課題/領域番号	12450007
研究機関	東京工業大学
研究代表者	宗片比呂夫東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60270922)
キーワード	スピントロニクス / 磁性体・半導体複合構造 / 光磁化 / メタ磁性 / キャリア誘起磁性 / 協同現象 / 磁性半導体 / ナノテクノロジー
研究概要	申請者はGa-Fe-As化合物磁性体を内包したGaAs薄膜に光を照射すると室温で磁化率が可逆的に変化する現象「光誘起磁性」を見出したがその起源は全く未解明であった。本研究は、なぜGaAs-Fe系において「光誘起磁性」が発現するのかを4年間で追究し、半導体・磁性体融合(複合)系による機能性ナノ構造を世界に先駆けて呈示することを目的としている。研究の最終年度に当たる本年度は、様々な堆積方法で得られる試料を光導入SQUIDにより系統的に研究し、[GaAs(100nm)/Fe_3GaAs(50nm)/GaAs(100nm)]を一つのユニットとする堆積プロセスを基板温度600℃でGaAs(100)基板に堆積させて形成される薄膜において、従来の4-5倍の磁化率変化を引き起こす薄膜が得られることを見出した。ナノ電子ビームによる結晶構造解析と組成分析、ならびに広い範囲における磁性を調べた結果、前述の手法で得られる試料の表面部分100nmの領域にFe_3Ga_4多結晶が選択的に形成されており、この物質が光変調磁性を引き起こしていることを突止めた。Fe_3Ga_4はメタ磁性体として知られている物質で、外部磁場に依存したネール点が350-390Kに存在するが、この物質が光誘起磁性を示すことはこれまで報告されていなかった。様々な印加磁場と光照射パワーにおいて光照射実験を繰り返して調べた結果、光照射の熱発生で磁化率が増加する「熱モード」の寄与と、それ以外、すなわち、光励起に起因すると思われる「光モード」による2種類の発現機構が存在することを見出した。ちなみに、この薄膜素材の温度上昇はGaAs : MnAs参照試料を用いた実験により決定し、光照射パワー10mW当たり3-5Kと見積もった。実験データの総合的な解釈が正しければ、「光モード」で起こる磁化増加を示す世界初の発見である可能性が期待される。これまで、仮説として導入した「磁性微粒子間の相互作用の光変調」モデルについては見直しが必要である。そして、「光モード」に関する原理の研究は今後の研究課題となる。物性研究と平行して進めた光磁化駆動カンチレバーに関する実験結果は米国応用物理速報論文誌に発表され、全光MEMS開発への道が開かれたと考えている。今後、Fe_3Ga_4単結晶薄膜ならびにドット集合体の挙動を探って、光モード磁化増加の原理と高速応答の可能性を解明していきたい。

研究成果
(5件)

すべてその他

すべて文献書誌 (5件)

[文献書誌] T.Shinshi, H.Munekata, et al.: "Light-driven microcantilever actuator based on photoenhanced magnetization in a GaAs-Fe composite film"Applied Physics Letter. 83. 3425-3427 (2003)
[文献書誌] A.T.M.K.Jamil, H.Munekata, et al.: "Influence of thermal annealing on light-enhanced magnetization in GaAs-Fe composite structures"The 9th Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors Extended Abstracts. PASPS-9. 115-118 (2003)
[文献書誌] T.Kondo, H.Munekata, et al.: "(Ga, Mn)N : Sn Epilayers"J.Superconductivity : Incorporating Novel Magnetism. 16. 103-106 (2003)
[文献書誌] H.Munekata, A.Oiwa, et al.: "Rotation of Ferromagnetically Coupled Mn Spins in (Ga, Mn)As by Hole Spins"J.Superconductivity : Incorporating Novel Magnetism. 16. 411-414 (2003)
[文献書誌] 宗片比呂夫: "ナノテクノロジー大事典(川合知二監修)中の「スピントロニクス」の章"(株)工業調査会. 490-500 (2003)

2003 年度 実績報告書

磁性体ドットを埋め込んだ半導体薄膜と光変調磁性

研究代表者

宗片 比呂夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60270922)

研究成果

[文献書誌] T.Shinshi, H.Munekata, et al.: "Light-driven microcantilever actuator based on photoenhanced magnetization in a GaAs-Fe composite film"Applied Physics Letter. 83. 3425-3427 (2003)

[文献書誌] A.T.M.K.Jamil, H.Munekata, et al.: "Influence of thermal annealing on light-enhanced magnetization in GaAs-Fe composite structures"The 9th Symposium on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors Extended Abstracts. PASPS-9. 115-118 (2003)

[文献書誌] T.Kondo, H.Munekata, et al.: "(Ga, Mn)N : Sn Epilayers"J.Superconductivity : Incorporating Novel Magnetism. 16. 103-106 (2003)

[文献書誌] H.Munekata, A.Oiwa, et al.: "Rotation of Ferromagnetically Coupled Mn Spins in (Ga, Mn)As by Hole Spins"J.Superconductivity : Incorporating Novel Magnetism. 16. 411-414 (2003)

[文献書誌] 宗片 比呂夫: "ナノテクノロジー大事典(川合知二監修)中の「スピントロニクス」の章"(株)工業調査会. 490-500 (2003)

2003 年度実績報告書

宗片比呂夫東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60270922)

[文献書誌] 宗片比呂夫: "ナノテクノロジー大事典(川合知二監修)中の「スピントロニクス」の章"(株)工業調査会. 490-500 (2003)