| 研究課題/領域番号 |
15K14135
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
前川 雅樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究員 (10354945)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 陽電子消滅 / 空孔誘起磁性 / 酸化亜鉛 / スピン偏極陽電子 / イオンビーム / SQUID |
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| 研究実績の概要 |
我々は、スピン偏極陽電子消滅測定(SP-PAS)による磁性材料評価の研究を進めている。SP-PAS 法のスピントロニクス分野への積極展開を目的として、希薄磁性半導体の一種として注目されている酸化亜鉛(ZnO)について空孔誘起磁性の検出と磁性との関連を調べている。本研究の目的は強磁場印加下にて陽電子消滅寿命を行い、ZnO/NiO粉末凝固試料中においてNiがZnOに拡散することによって導入される空孔誘起磁性を測定することである。Niの導入に伴って導入される空孔を評価することも重要であるが、研究の端緒としてまずは単純な空孔を良く定義された単結晶に導入し、導入空孔が磁性を持ちうるかの評価に着手した。様々なタイプの空孔を多く含む粉末ZnOに変わり、水熱合成した単結晶に自己イオンである酸素イオンを打ち込み単純な欠陥を生成した。酸素イオンを100keVのエネルギーで打ち込むと表面より200nmの領域に欠陥が生成する。この試料に対しSQIUD測定を行ったところ、照射後に磁性反応を得た。同じ試料に対し欠陥生成部位に陽電子を打ち込み、ドップラー広がり測定を行ったところ、陽電子が欠陥に捕獲されたシグナルを得た。欠陥モデルの第一原理計算から、陽電子は亜鉛空孔を主に検出していることが分かった。またこのシグナルは外部磁場によって強度が変化することが確認された。これはスピン偏極陽電子が検出している欠陥が、磁性を誘起していることを直接的に示している。さらに試料の熱焼鈍により欠陥・磁性共に消失したことから、この亜鉛空孔が磁性を発現していることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度は、複雑な組成および多様な欠陥を含む粉末ZnOの代わりに単純な欠陥を多く含むイオン照射ZnOの評価を行った。その結果、亜鉛空孔が磁性を誘起していることが分かった。研究課題の目的としている粉末試料の測定は行えなかったが、単結晶ZnOで明確なシグナルを得ることができたため、粉末試料の測定にも着手していきたい。計測系の構築については、必要な機器の選定を終え、現在構築を行っているところである。
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| 今後の研究の推進方策 |
良く定義されたZnO単結晶と良く制御された自己イオン照射によって作成した試料を用いて、亜鉛空孔が磁性を誘起していることが分かった。しかしながらそのシグナルは微弱で、実験データの精度を上げていく必要がある。試料の照射前処理条件の最適化、照射線量率の見直しを行いデータを蓄積する予定である。また試料全体が磁性を発現するためには、個々の欠陥点が磁化しているだけではなく、電子スピンがホッピング伝導により長距離秩序を持つことが必要であると考えられるため、欠陥濃度は重要な意味を持つと考えられる。誘起磁性と空孔の照射量依存性を測定することで、磁性を発現するに最適な欠陥の濃度を推定する。また、照射後熱焼鈍を行い、陽電子が検出した欠陥誘起磁性シグナルと、SQUID法で見らえる磁化率変化との関係を比較することで、陽電子が上記の電子スピンを捉えているのかどうかを確実なものとする。さらに、測定温度依存性を測定することできれば、イオン照射空孔が誘起する磁性のキュリー温度を求めることができ、空孔誘起磁性のメカニズム解明に重要なデータを与えるものと期待できる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入予定であったいくつかの物品において市場調査を行ったところ、より安い調達先が見つかったため、その契約差額が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
試料作成のための消耗品として使用する予定である。
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