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2008 年度 実績報告書

半導体中の磁性不純物の価数制御による強磁性ナノクラスターの自己形成

研究課題

研究課題/領域番号 19310068
研究機関筑波大学

研究代表者

黒田 眞司  筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (40221949)

研究分担者 高増 正  物質・材料研究機構, 量子ドットセンター, 主幹研究員 (60212015)
キーワードスピントロニクス / 強磁性半導体 / 分子線エピタキシー / 不純物ドーピング / 強磁性クラスター / 磁気異方性
研究概要

本研究課題は、半導体中で磁性元素が凝集するメカニズム解明し、凝集領域の形成を人為的に制御する手法を確立し、さらに凝集領域を有する半導体結晶の物性の解明によりデバイス応用の可能性を探索することを目的としている。具体的にはII-VI族磁性半導体(Zn,Cr)Teを対象として、ZnTe中でのCrの凝集領域の形成と磁化特性との関連を研究した。分子線エピタキシー(MBE)法を用いた成長において、種々の成長条件を系統的に変化させて結晶中のCr凝集領域の形成の様子がどのように変化するかを調べた。特に成長条件の中でMBE成長中の基板温度に着目し、基板温度によって結晶性およびCf分布がどのように変化するかを調べた。これまでの研究では、Crの平均組成が5%程度と小さい場合は、基板温度Ts=300℃の標準的な条件では、大きさ30〜50nm程度のクラスター状のCr凝集領域が形成されることが見出されている。Tsが上昇すると積層欠陥の密度が減少し結晶性に大幅な改善が見られる一方で、Cr分布の偏りにはそれほど大きな変化は見られず、強磁性転移温度はrsの上昇によりゆるやかに減少した。一方、Crの平均組成が20%の場合には、Tsの上昇によりCr凝集領域の形状が0次元のクラスター状から1次元の柱状に変化した。このCr凝集柱状領域は成長面方位が(001)面のときは成長面に対して斜め方向に形成され、Cr原子が結晶の{111}面に沿って凝集する傾向があることを示している。Cr凝集領域の形状が基板温度により変化する原因としては、基板温度が高い場合には成長表面の原子のマイグレーションが促進された結果、成長各層のCr凝集領域が連続的につながることで柱状領域が形成されたとものと考えられる。磁化測定においては、Cr凝集領域が柱状に形成された結晶では磁場の印加方向による磁化の異方性が観測された

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2009 2008

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (14件)

  • [雑誌論文] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behavior in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2009

    • 著者名/発表者名
      K. Ishikawa et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of 29th International Conference on the Physics of Semiconductors (in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magneto-optical properties of n-type modulation-doped (Cd,Cr) Te quantum well2008

    • 著者名/発表者名
      F. Takano et al.
    • 雑誌名

      Physica E 40

      ページ: 1166-1168

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Consistent anisotropic behaviors between the magnetic and the magneto-optical properties in Zn1-xCoxO thin films2008

    • 著者名/発表者名
      J. W. Lee et al.
    • 雑誌名

      Journal of the Korean Physical Society 53

      ページ: 309-312

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation between Cr Distribution and Ferromagnetism in Io dine-Doped (Zn,Cr)Te2008

    • 著者名/発表者名
      N. Nishizawa et al.
    • 雑誌名

      Journal of the Korean Physical Society 53

      ページ: 2917-2920

    • 査読あり
  • [学会発表] ヨウ素ドープ(Zn,Cr)Teの蛍光XAFS法による局所構造評価2009

    • 著者名/発表者名
      大渕博宣, 石川弘一郎, 張珂, 黒田眞司, 三留正則, 板東義雄
    • 学会等名
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      20090330-0402
  • [学会発表] 軟X線磁気円二色性を用いたZn1-xCrxTe薄膜の電子状態に関する研究2009

    • 著者名/発表者名
      山崎陽,他
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-30
  • [学会発表] Cd1-xMnxTe/ZnTe自己形成量子ドットにおける電子スピンダイナミクス2009

    • 著者名/発表者名
      冨本慎一,他
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-30
  • [学会発表] CdMnTe/ZnTe量子構造の光励起状態におけるスピンダイナミクス2009

    • 著者名/発表者名
      冨本慎一,他
    • 学会等名
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2009-03-30
  • [学会発表] CdTe/ZnTe量子構造における電子スピンダイナミクスの温度変化とg因子の異方性2009

    • 著者名/発表者名
      野澤伸介,他
    • 学会等名
      第56回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      筑波大学
    • 年月日
      2009-03-30
  • [学会発表] CdTe/ZnTe量子ドット中の閉じ込め電子のg因子とスピン緩和2009

    • 著者名/発表者名
      黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-28
  • [学会発表] 半導体における磁性元素の高濃度ドーピングと非一様分布2009

    • 著者名/発表者名
      黒田眞司
    • 学会等名
      日本物理学会第64回年次大会
    • 発表場所
      立教大学
    • 年月日
      2009-03-28
  • [学会発表] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic properties of (Zn,Cr)Te2008

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda et al.
    • 学会等名
      53rd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM-53)
    • 発表場所
      Austin, USA
    • 年月日
      2008-11-11
  • [学会発表] CdTe/ZnTe量子井戸及び自己形成量子ドットにおける時間分解カー回転測定2008

    • 著者名/発表者名
      冨本慎一,他
    • 学会等名
      日本物理学会2008年秋季大会
    • 発表場所
      岩手大学
    • 年月日
      2008-09-20
  • [学会発表] (Zn,Cr)Teにおける高Cr組成の柱状領域の形成2008

    • 著者名/発表者名
      石川弘一郎,他
    • 学会等名
      第69回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2008-09-04
  • [学会発表] 半導体へのスピン注入とデバイス応用への展望2008

    • 著者名/発表者名
      黒田眞司
    • 学会等名
      第69回応用物理学学術講演会
    • 発表場所
      中部大学
    • 年月日
      2008-09-03
  • [学会発表] Magnetic properties of magnetic semiconductors with inhomogeneous distribution of magnetic elements2008

    • 著者名/発表者名
      K. Ishikawa et al.
    • 学会等名
      5th International Conference on Physic sand Application of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-V)
    • 発表場所
      Foz do Iguaeu, Brazil
    • 年月日
      2008-08-04
  • [学会発表] Control of nanocluster formation and ferromagnetic pronerties in diluted magnetic semiconductors (invited)2008

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda
    • 学会等名
      29th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS-29)
    • 発表場所
      Rio de Janeiro, Brazil
    • 年月日
      2008-07-31
  • [学会発表] Inhomogeneous Cr distribution and superparamagnetic behaviors in magnetic semiconductor (Zn,Cr)Te2008

    • 著者名/発表者名
      K. Ishikawa et al.
    • 学会等名
      29th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS-29)
    • 発表場所
      Rio de Janeiro, Brazil
    • 年月日
      2008-07-29

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公開日: 2010-06-11   更新日: 2016-04-21  

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