強磁性酸化物半導体の光誘起による室温量子磁気伝導振動

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19686021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福村 知昭 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (90333880)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: 電子・電気材料 / 光物性 / 磁性 / 半導体物性 / スピンエレクトロニクス

研究概要

強磁性半導体CoドープTiO2の高品質アナターゼ型試料の作製により、常磁性-強磁性の相境界の電子濃度を決定し、キュリー温度が約600 Kときわめて高温であることを明らかにした。バンド間遷移を誘起する紫外光励起では電子濃度の増加は微小で顕著な磁気伝導の変化は見られなかったが、強電界効果による電子ドーピングの結果、室温での異常ホール効果が増加した。これは強磁性が電子キャリアの媒介であることの直接的な証拠であり、室温で電気的に強磁性を制御できた応用上も極めて重要な成果である。

研究成果

• [雑誌論文] Co-doped TiO_2 films grown on glass: room-temperature ferromagnetism accompanied with anomalous Hall effect and magneto-optical effect・・ (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yamasaki, T. Fukumura, Y. Yamada, M. Nakano, K. Ueno, T. Makino, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. Vol.94, No.102515 ページ: 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room temperature ferromagnetic semiconductor rutile Ti_<1-x>Co_xO_2-・ epitaxial thin films grown by sputtering method (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamasaki, T. Fukumura, M. Nakano, K. Ueno, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express Vol.1, No.111302 ページ: 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Hall effect in anatase Ti_<1-x>Co_xO_2-・ above room temperature (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, T. Fukumura, H. Toyosaki, M. Nakano, T. Yamasaki, Y. Yamada, M. Kawasaki
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. Vol.103, No. 07D114 ページ: 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] A scaling relation of anomalous Hall effect in ferromagnetic semiconductors and metals (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura, H. Toyosaki, K. Ueno, M. Nakano, T. Yamasaki, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.46 ページ: L462-L466
  • 査読あり
• [学会発表] 光照射によるTi_<1-x>Co_xO_2の電子状態変化II (2009)
  • 著者名/発表者名: 山下直飛人、須田山貴亮、田久保耕、溝川貴司、山田良則、豊崎秀海、福村知昭、川崎雅司
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 東京都豊島区
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 酸化物基板上へのステアリン酸SAMの形成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 郡司遼佑、平賀広貴、中野匡規、大友明、牧野哲征、福村知昭、川崎雅司
  • 学会等名: 2009年春季 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] アナターゼ型Ti_<1-x>Co_xO_2-・の異常ホール効果の電界制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山田良則、上野和紀、福村知昭、中野匡規、下谷秀和、岩佐義宏、川崎雅司
  • 学会等名: 2009年春季 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Self-assembled stearic acid monolayer on oxide surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Y. Gunji, H. Hiraga, M. Nakano, A. Ohtomo, T. Makino, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 学会等名: The Annual PD/RA Research Presentations (FY2008) of the Global COE Program: Materials Integration International Center of Education and Research
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2009-03-09
• [学会発表] XMCD study of ferromagnetic semiconductor anatase Ti_<1-x>Co_xO_2-δ thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: F. H. Chang, L. Lee, H. J. Lin, D. J. Huang, C. T. Chen, Y. Yamada, K. Ueno, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 学会等名: AIST-RIKEN Joint WS on "Emergent Phenomena of Correlated Materials"
  • 発表場所: 沖縄県名護市
  • 年月日: 2009-03-05
• [学会発表] Self-assembled octadecanoic acid monolayer on oxide surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Y. Gunji, H. Hiraga, M. Nakano, A. Ohtomo, T. Makino, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 学会等名: Tohoku - NTU Research Student Workshop on Materials Integration for Health, Energy & Better Environment
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2009-02-11
• [学会発表] CoドープTiO_2の強磁性制御にむけて (2009)
  • 著者名/発表者名: 福村知昭, 山田良則, 山崎高志, 中野匡規, 上野和紀, 牧野哲征, 川崎雅司
  • 学会等名: 第13回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS-13)
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2009-01-27
• [学会発表] Conducting polymer/polar molecular layer/Nb:TiO_2 Schottky junctions toward oxide electronics (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Y. Gunji, M. Nakano, A. Tsukazaki, A. Ohtomo, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 学会等名: KINKEN-WAKATE 2008
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] 室温強磁性酸化物半導体Ti_<1-x>Co_xO_2-δの光伝導特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山田良則、福村知昭、上野和紀、中野匡規、山崎高志、牧野哲征、川崎雅司
  • 学会等名: 第116回東北大学金属材料研究所講演会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-11-27
• [学会発表] 導電性高分子/極性分子膜/Nb:TiO_2のショットキー接合 (2008)
  • 著者名/発表者名: 郡司遼佑、中野匡規、塚埼敦、大友明、福村知昭、川崎雅司
  • 学会等名: 第116回東北大学金属材料研究所講演会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-11-27
• [学会発表] Advanced ceramics for future electronics (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura
  • 学会等名: UK-Japan Frontiers of Science Symposium
  • 発表場所: 神奈川県三浦郡
  • 年月日: 2008-10-04
• [学会発表] 磁性半導体Ti_<1-x>Co_xO_2-σ薄膜のX線磁気円二色性の組成およびキャリア濃度依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 坂本勇太、小林正起、片岡隆史、宋敬錫、藤森淳、F. H. Chang、L. Lee,H. J. Lin、D. J. Huang、C. T. Chen、豊崎秀海、福村知昭、川崎雅司
  • 学会等名: 日本物理学会 2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手県盛岡市
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] 光照射によるTi_<1-x>Co_xO_2の電子状態変化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山下直飛人、須田山貴亮、田久保耕、溝川貴司、豊崎秀海、福村知昭、川崎雅司
  • 学会等名: 日本物理学会 2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手県盛岡市
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] アナターゼ型Ti_<1-x>Co_xO_2-δ薄膜における電気伝導の光照射効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山田良則、福村知昭、上野和紀、中野匡規、山崎高志、牧野哲征、川崎雅司
  • 学会等名: 第69回応用物理理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛知県春日井市
  • 年月日: 2008-09-05
• [学会発表] High TC ferromagnetic diluted oxide: cobalt-doped TiO_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura, K. Ueno, T. Yamasaki, Y. Yamada, M. Nakano, M. Kawasaki
  • 学会等名: Indo-Japan Workshop on Novel Magnetic Ordering in Nanostructured Materials
  • 発表場所: 東京都文京区
  • 年月日: 2008-06-10
• [学会発表] アナターゼ型Ti_<1-x>Co_xO_2-δ薄膜の強磁性と電子濃度の相関 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山田良則、福村知昭、上野和紀、中野匡規、山崎高志、川崎雅司
  • 学会等名: 第115回金属材料研究所講演会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-05-13
• [学会発表] アナターゼ構造Ti_<1-x>Co_xO_2-δの高温異常ホール効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀、福村知昭、山田良則、中野匡規、山崎高志、川崎雅司
  • 学会等名: 第115回金属材料研究所講演会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2008-05-13
• [学会発表] アナターゼ構造 Ti_<1-x>Co_xO_2-・の高温異常ホール効果 (2008)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀,福村知昭,山田良則,中野匡規,山崎高志,川崎雅司
  • 学会等名: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 千葉県船橋市
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] アナターゼTi_<1-x>Co_xO_2-・薄膜における強磁性-常磁性相境界の磁性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 山田良則,福村知昭,上野和紀,中野匡規,山崎高志,川崎雅司
  • 学会等名: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 千葉県船橋市
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] High temperature measurements of anomalous Hall Effect in anatase Ti_<1-x>Co_xO_2-・ (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, Y. Yamada, H. Toyosaki, M. Nakano, T. Yamasaki, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 学会等名: 第12回「半導体スピン工学の基礎と応用」研究会 (PASPS12)
  • 発表場所: 大阪府吹田市
  • 年月日: 2007-12-21
• [学会発表] Anomalous Hall Effect in anatase Ti_<1-x>Co_xO_2 above room temperature (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, T. Fukumura, H. Toyosaki, M. Nakano, T. Yamasaki, Y. Yamada, M. Kawasaki
  • 学会等名: 52nd Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 2007-11-08
• [学会発表] Spin-related phenomena of TiO_2:Co (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura, H. Toyosaki, K. Ueno, M. Nakano, M. Kawasaki
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Compound Semiconductors
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2007-10-16
• [学会発表] On ferromagnetism in magnetic oxide semiconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura, H. Toyosaki, K. Ueno, M. Nakano, T. Yamasaki, M. Kawasaki
  • 学会等名: JSPS Japan-Poland Seminar on Magnetic Semiconductors
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 2007-09-28
• [学会発表] 透明で電気を流す強磁性半導体:CoドープTiO_2 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福村知昭,豊崎秀海,上野和紀,中野匡規,山崎高志,山田良則,川崎雅司
  • 学会等名: エレクトロニクス技術広域分野研究交流会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2007-09-21
• [学会発表] CoドープTiO_2を用いた磁気伝導デバイスの可能性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 福村知昭,豊崎秀海,上野和紀,中野匡規,山崎高志,川崎雅司
  • 学会等名: 第68回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 北海道札幌市
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] Magnetic oxide semiconductors toward room temperature spintronics (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura, H. Toyosaki, K. Ueno, M. Nakano, T. Yamasaki, M. Kawasaki
  • 学会等名: the third Euro-Asian Symposium on Magnetism, EASTMAG-2007
  • 発表場所: Kazan, Russia
  • 年月日: 2007-08-26
• [学会発表] 強磁性半導体の異常ホール効果のスケーリング (2007)
  • 著者名/発表者名: 福村知昭,豊崎秀海,上野和紀,中野匡規,山崎高志,川崎雅司
  • 学会等名: ボトムアップ若手の会 第二回研究会
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2007-07-21
• [図書] Frontiers in Materials Research: Advances in Materials Research, Vol. 10, p.87-92, Y. Fujikawa, K. Nakajima, T. Sakurai (Eds.) (A scaling behavior of anomalous Hall effect in cobalt doped TiO_2) (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumura, H. Toyosaki, K. Ueno, M. Nakano, T. Yamasaki, M. Kawasaki
  • 総ページ数: 87-92
  • 出版者: Springer
• [産業財産権] 強磁性半導体素子及び強磁性半導体の制御方法 (2009)
  • 発明者名: 福村知昭、川崎雅司、上野和紀、岩佐義宏、下谷秀和、山田良則
  • 権利者名: 独立行政法人科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 特許,特願2009-080616
  • 出願年月日: 2009-03-27
• [産業財産権] 多層膜構造体、及び素子構造 (2008)
  • 発明者名: 川崎雅司、福村知昭、大友明、豊崎秀海、山田康博、大野英男、松倉文礼
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権番号: 特許,特許第4102880号
  • 取得年月日: 2008-04-04
• [産業財産権] コバルトドープ二酸化チタン膜の作製方法、コバルトドープ二酸化チタン膜、及び多層膜構造 (2007)
  • 発明者名: 川崎雅司、福村知昭、大友明、豊崎秀海、山田康博、大野英男、松倉文礼
  • 権利者名: 国立大学法人東北大学
  • 産業財産権番号: 特許,特許第3944584号
  • 取得年月日: 2007-04-20