| 研究概要 |
本研究のテーマは磁性半導体に対してゲート電圧を印加できるような素子を作製し、ゲート電圧によって磁性を変調しようというものである。磁性を外部電圧によって制御できれば、低消費電力メモリなどへの応用研究に資することができる。それに加え、特に本研究で用いた磁性半導体(Zn,Cr)Teでは強磁性の発現機構が未解明であるので、Crの価数が強磁性に寄与している可能性があることを考慮すれば、ゲート電圧によってCr価数を制御することでその機構も解明しできると考えられる。磁化の変調を行うことで、磁性半導体のデバイス応用への布石を得るということ、強磁性機構を解明するという2つの目的を達するために本研究を設定した。
まず先行実験として、磁化曲線が明確で垂直磁気異方性のあるCr1-δTe薄膜を用いて、イオン液体を用いてゲート素子に加工して磁化変調を試みた。結果としてはプラス、マイナス両ゲート電圧において低温で磁化の大きさが増大することが確認された。その原因としては、Crの空孔の磁化配列が変化することが考えられる。
その後(Zn,Cr)Teにおいてもイオン液体を用いてゲート素子を作製して磁化変調を試みた結果、低温において正のゲート電圧で保磁力が減少し、負の保磁力では復元することが分かった。この変化は可逆的であり、(Zn,Cr)Te/p-ZnTeヘテロ接合の界面においてバンド変調が起こり、Crの価数が変化したことによると考えられる。
このようにCr1-δTeと(Zn,Cr)Teの2つの物質系において磁化の変調を達成することに成功し、その変調の起源の考察を行った。またゲート素子作製の過程においてAl2O3とAlNについて特性を詳細に調べ、特にAlNについてはその組成と電気絶縁特性の関係を明らかに出来た。
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