磁性原子３Ｄ中距離局所構造解析による室温強磁性半導体の機能発現の研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25286040
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 林 好一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20283632)
• 研究分担者: 細川 伸也 熊本大学, その他の研究科, 教授 (30183601) ; 田中 義人 兵庫県立大学, その他の研究科, 教授 (80260222)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 蛍光Ｘ線ホログラフィー / 局所構造 / ３Ｄ原子イメージ / 希薄磁性半導体

研究実績の概要

昨年度までに、ノンドープのZnSnAs2について蛍光Ｘ線ホログラフィーを用いた構造解析を行い、スファレライト構造であることやAs副格子が大きく乱れていることが分かった。MnドープZnSnAs2については、Mn周辺の第二近接原子の強度が弱いために、そこにMn原子が存在することが示唆された。また、得られた複数の原子像から、Mn-As-ZnやMn-As-Snの結合角を推定した。第一原理計算より、ZnSnAs2のZnサイト及びSnサイトに、V～Niなどの3d金属原子をドープした場合の計算を行った。その結果、ZnサイトにMnをドープした結果では反強磁性になり、Snサイトでは強磁性になることが分かった。この結果は実験結果を支持している。
アナターゼ型のCo:TiO2の蛍光X線ホログラフィーとX線吸収微細構造法及び第一原理計算の結果を組み合わせることによって、サブオキサイド構造の詳細を決定した。Co周辺は酸素が欠損しており、なおかつTiが間入サイトに侵入していることが分かった。また、電子状態の計算結果から、サブオキサイドクラスター全体として磁気モーメントを有しいることも分かった。ルチル型のCo:TiO2と同様にサブオキサイドの構造とは若干異なっているが共通点も多い。非平衡成長による酸化物薄膜は準安定構造をとる場合があることが知られているが、ドーパント周囲で母体の結晶構造と異なるサブオキサイド構造の形成が普遍的であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] A divalent rare earth oxide semiconductor: Yttrium monoxide (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Kaminaga, Ryosuke Sei, Kouichi Hayashi, Naohisa Happo, Hiroo Tajiri, Daichi Oka, Tomoteru Fukumura, Tetsuya Hasegawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 108 ページ: 122102
  • DOI: 10.1063/1.4944330
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large As sublattice distortion in sphalerite ZnSnAs2 thin films revealed by x-ray fluorescence holography (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Hayashi, Naotaka Uchitomi, Keitaro Yamagami, Akiko Suzuki, Hayato Yoshizawa, Joel T. Asubar, Naohisa Happo, and Shinya Hosokawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 119 ページ: 125703
  • DOI: 10.1063/1.4945004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical and orbital fluctuations in Ba3CuSb2O9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Wakabayashi, Daisuke Nakajima, Yuki Ishiguro, Kenta Kimura, Tsuyoshi Kimura, Satoshi Tsutsui, Alfred Q. R. Baron, Kouichi Hayashi, Naohisa Happo, Shinya Hosokawa, Kenji Ohwada, and Satoru Nakatsuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 ページ: 245117
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.245117
  • 査読あり
• [学会発表] X-ray fluorescence holographic study on high-temperature superconductor FeSe0.4Te0.6 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Hayashi
  • 学会等名: International Workshop on Superconductivity and Related Functional Materials 2016
  • 発表場所: NIMS, Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-12-20 – 2016-12-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛍光Ｘ線ホログラフィーの最近の応用と原子層観測への可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 好一
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会
  • 発表場所: 東京大学物性研、柏市
  • 年月日: 2016-12-20 – 2016-12-21
  • 招待講演
• [学会発表] X-ray fluorescence holography study of ZnSnAs2 thin films - Evaluation of large As sublattice distortion- (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Hayashi
  • 学会等名: 39th International conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 発表場所: ETH, Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2016-07-03 – 2016-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] Applications of X-ray fluorescence holography -Lattice distortions and dopants- (2016)
  • 著者名/発表者名: Kouichi Hayashi
  • 学会等名: Local 3D atomic and electronic structure imaging of functionally active sites
  • 発表場所: University of Zurich, Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2016-07-01 – 2016-07-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 構造物性科学研究室
  • URL: http://structure.web.nitech.ac.jp/