| 研究課題/領域番号 |
17K05118
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
斎藤 峯雄 金沢大学, 数物科学系, 教授 (60377398)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 第一原理計算 / 半導体 |
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| 研究実績の概要 |
スピン偏極陽電子実験に基づく研究がターゲットとしてしているワイドギャップ半導体における陽イオン原子空孔のスピン分極の計算を行った。III-V族半導体およびII-VI族半導体に対して系統的な研究を行った。III-V族半導体においては、窒化物半導体が特に安定なスピン分極の状態を持ち、またII-VI族半導体では、酸化物半導体が大きなスピン分極のエネルギーを持つ事がわかった。これは、空孔に近接する4個の陰イオン原子の原子半径が小さいと、交換効果が大きくなるためであり、陰イオンとして第一列の元素（窒素、酸素）を含むものが、大きなスピン分極のエネルギーを持つことが分かった。スピン密度は、主に空孔近接の4個の陰イオンに強く局在しており、この陰イオンの選択により、強くスピン分極する系を達成できる。スピン分極したC3ｖから対称性がCsに低下すると、小さなスピン多重度を持った系になる。このとき、対称性低下によるエネルギーの利得は、C3Vの状態でスピン分極するときに得られるエネルギーの利得よりも小さく、常にスピン多重度の大きなC3vの対称性を持つ状態（II-VI族半導体では、トリプレット、IIIーV族半導体では、カルテット）が安定であると結論した。また、強磁性体金属（Niなど）についてもバンド構造計算を行った。第一原理計算で得られた波動関数を群論に基づいて解析し、既約表現の同定を行った。全対称のバンドのみが運動量密度に寄与することから、運動領密度における異方性の原因を明らかにした。
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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
III-V族、および、II-VI族ワイドギャップ半導体中の陽イオン空孔のスピン分極に関し、系統的な研究を行い成果を得た。これまでに、IIーVI族半導体では、Eレベルを2個の多数スピン電子が占め、２ボーア磁子の磁気モーメントを持つことを、また、III-V族半導体では、EレベルとA1レベルに3個の多数スピン電子が占め、３ボーア磁子の磁気モーメントを持つことを明らかにしている。系の対称性が低下すると上記のEレベルが分裂して、スピン多重度の減少した状態が安定になる可能性がある。この可能性を調べた結果、対称性の低下に伴うエネルギーの利得よりも、C3vの高い対称性における、スピン分極によるエネルギーの利得の方が大きいことが、調べたすべての半導体で見いだされた。以上述べたように、III-V族および、II-VI族ワイドギャップ半導体について系統的に研究を行い、有用な知見が得られている。また、その内容はJapanese Journal of Applied Physics誌に論文にまとめ投稿しており、掲載許諾を得ている。
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| 今後の研究の推進方策 |
III-V族、およびII-VI族半導体における、孤立した陽イオン空孔については、十分な知見を得ており、空孔同士がどの程度の距離で、強磁性から反強磁性に変化するのかを調べる。また、多数スピン電子と少数スピン電子に対する運動量密度の違いを明らかにする計算を行い、スピン偏極陽電子消滅の実験結果と比較する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
これまでに研究の成果がでているが、成果の発表のために、今少しの研究が必要だったため、論文投稿や旅費等で残額がある。次年度は、論文投稿料や、学会発表での旅費等に使用する。
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