| 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 – 2022-03-31
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| キーワード | 第一原理計算 / ワイドギャップ半導体 / 原子空孔 / 強磁性 / 反強磁性 |
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| 研究実績の概要 |
III-V及びII-VIワイドギャップ半導体において、スピン分極した陽イオン空孔が検出されている。とくに、スピン偏極陽電子実験はこれらのスピン分極した陽イオン空孔の検出に優れている。これらの陽イオン空孔は強磁性の性質を持つ希薄磁性半導体の原因となることから研究を進めてきた。前年までのスーパーセル計算では主として128サイトのスーパーセルを用いたが、本年度は512サイトのスーパーセル計算を行い、これまでの計算の信頼性を確認した。とくに、窒化物系および酸化物系において、大きなスピン分極エネルギー（スピン分極した系としない系とのエネルギー差）を持つことが分かった。大きなスピン分極エネルギーは、空孔近辺にある陰イオン原子が小さい原子軌道半径を持ち、原子軌道が収縮していることによる。これらの大きなスピン分極エネルギーは、窒化物系や酸化物系において、比較的高いキュリー温度を持つ実験事実と矛盾しない。これらの半導体においては、欠陥生成のための照射量が多いと、強磁性となるが、少ないと反強磁性となる傾向のあることが知られている。このことを確認するため、GaNに対し第一原理計算を行った。大きなサイズのユニットセルを用い、その中に2個の陽イオン空孔を入れて計算を行った。これまでにいくつか同様の計算が行われているが、計算から得られる結論は大きく食い違っている。本研究では256サイトを含む予備的なスーパーセル計算を行った。その結果、陽イオン間の距離が小さいと強磁性状態が最安定となり、イオン間の距離が大きいと反強磁性状態が最安定となることが、明確に示された。
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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
GaNにおける陽イオン空孔間の磁気的相互作用が空孔間の距離に依存することを明確にし有用な結果を得ている。実験では空孔導入のため、照射を行うが、本研究の結果は、照射量に依存して磁性が変化する実験結果と矛盾しない。、
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、強磁性金属における運動量密度の研究を行ってきているが、今後は、スピン軌道相互作用が運動量密度に及ぼす影響を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
これまでに行ってきた強磁性金属の研究を発展させるため、スピン軌道相互作用を含めた計算が必要であり、主として博士研究員の雇用に使用する。
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