研究課題
特定領域研究
1.光-スピントロニクスデバイス応用に適している窒化ガリウムや酸化亜鉛などワイドギャップ半導体をベースとした希薄磁性半導体を、電子状態の第一原理計算に基づいて理論設計した。(1)希薄磁性半導体の強磁性発現機構を理解するには、母体半導体の価電子バンドとドープされた磁性原子の3d軌道の相対的なエネルギー位置関係や混成の程度を考慮することが重要である。(2)希薄磁性半導体における局在スピン間にはたらく交換相互作用の原子間距離依存性を計算し、強磁性転移温度を精度よく評価した。ワイドギャップ半導体では局在スピン間の交換相互作用が比較的短距離で減衰するため、室温での強磁性発現は困難である。(3)希薄磁性半導体中の磁性原子間に引力的相互作用がはたらくことにより、顕著な磁性原子の不均一分布を形成する。こうして形成された磁性原子クラスタが示す磁性が実験的に観測されている可能性がある。(4)希薄磁性半導体に非磁性元素を同時ドーピングすることにより、強磁性転移温度の向上が期待できる。(5)半導体に非磁性元素をドープすることにより強磁性を発現する可能性がある。2.トンネル磁気抵抗素子やスピントランジスタの性能向上に不可欠な高スピン偏極強磁性材料(ハーフメタル)を、電子状態の第一原理計算に基づいて理論設計した。(1)閃亜鉛鉱型クロム化合物は半導体との整合性が良くスピントロニクス応用に適したハーフメタルである。(2)ホイスラー合金における原子配列不規則性の影響を理論的に検証した。特定の(B2型)不規則構造ではスピン偏極率の顕著な低下が生じない。(3)ハーフメタルと半導体のヘテロ接合の電子状態を第一原理計算した。ホイスラー合金では(110)界面において、閃亜鉛鉱型クロム化合物では面方位によらず高スピン偏極率がヘテロ接合界面に至るまで保持される。
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