| 研究概要 |
本研究課題では、希薄磁性半導体(Cd,Mn)Teをべ一スとした変調ドープヘテロ構造を作製し、Mnの局在スピンと2次元電子との間の交換相互作用により生じる「磁性」2次元電子系の特徴的な振舞いを明らかにすることを目的とした。まず、非磁性のCdTeをべースとして2次元電子系の移動度向上を目指し、CdTe/(Cd,Mg)Te変調ドープヘテロ構造の分子線エピタキシー(MBE)法による作製において、さまざまな結晶成長上の工夫を行った。特に、ヘテロ構造成長の基板として用いたGaAs(001)表面の酸化膜除去において水素プラズマによるクリーニングが移動度向上に有効であることを確認した。以上のような手法を(Cd,Mn)Teべースの変調ドープヘテロ構造においても適用し、移動度を向上させた磁性2次元電子系試料を作製し、強磁場下の磁気輸送特性および磁気発光特性の測定を行った。その結果、ランダウ準位占有数が整数の磁場位置で励起子再結合による発光のエネルギーにおいて不連続な跳びが見られることを確認し、磁性2次元電子系特有の振舞いを見出した。さらに変調ドープ構造の表面にフォトリソグラフィーによりゲート電極を装着したホールバー型の試料加工を行い、ゲート電圧により2次元電子濃度を外部から制御することに成功した。ゲート電極装着の試料で、2次元電子濃度を連続的に変化させながら、磁気輸送・磁気発光測定を行った。その結果、磁気抵抗率の対角成分、ホール抵抗率、および発光エネルギーの磁場依存性において通常の整数量子ホール効果では説明できない異常な振舞いを見出した。解析の結果、これは異なるスピンの向きを持つランダウ準位間の交差が原因で生じる量子ホール強磁性による現象であることを明らかにした。
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