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2015 年度 実績報告書

室温スピン注入を実現するInPベーススピントロニクス

研究課題

研究課題/領域番号 25390052
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

内富 直隆  長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20313562)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード磁性半導体 / 多元化合物
研究実績の概要

本研究課題は、InP基板に格子整合して室温強磁性を示すII-IV-V2半導体であるZnSnAs2:Mn薄膜の結晶成長の研究を発展させ、スピントロ二クスデバイスへの展開を意図している。本年度は、ZnSnAs2:Mn薄膜のデバイス応用を実現するために必要な分子線エピタキシーの結晶成長技術の最適化と薄膜の膜厚依存性について結晶成長を行った。ZnSnAs2:Mn薄膜結晶の最適化には主に基板温度と原料フラックスを変化させ、その組成依存性や電気特性、磁気特性を調べた。基板温度は300-360℃の範囲で変化させて、組成分析を行った結果、低温側ではZnリッチな成膜条件となっており、340℃の基板温度で、Zn,Sn,Asが化学量論的な組成比であることが確認された。また、この条件でMnを添加するとSnが減少することも確認された。一方で、このようなZnSnAs2:Mn薄膜の特徴を明らかにし、室温強磁性の起源を探る研究も進めることができた。母体材料であるZnSnAs2薄膜について、これまでSpring-8を用いた蛍光X線ホログラフィーの測定を行い、ZnSnAs層のAs面が大きく揺らいでいることが明らかになり、このような構造がMn原子をドーピングした際にひずみの緩和に役立っている可能性を示した。これらの結果を発展させて、さらにZnSnAs2:Mn薄膜についても解析を進めている。さらに、3次元アトムプローブを用いた測定から、母体材料を構成するZn,Sn,Asについては均一な原子分布を観測することができたが、Mnについては不均一な原子分布になっていることが明らかになった。このような結果は、スピノーダル分解相と関連しており閃亜鉛鉱構造のMn-As構造がネットワークをつくり強磁性の起源に関わっている可能性を強く示唆している。今後の室温強磁性の起源の解明に大きく近づいたと考えている

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Crystalline Quality and Structure of MBE-Grown Ferromagnetic Semiconductor ZnSnAs2:Mn Thin Films Revealed by High-Resolution X-ray Diffraction Measurements2016

    • 著者名/発表者名
      Naotaka Uchitomi, Hideyuki Toyota, Toshio Takahashi
    • 雑誌名

      Zeitschrift fur Physikalische Chemie

      巻: 230 ページ: 499-508

    • DOI

      10.1515

    • 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 holography2016

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Hayashi, Naotaka Uchitomi, Keitaro Yamagami, Akiko Suzuki, Hatyato Yoshizawa, Joel T Asubar, Naohisa Happo, 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
  • [学会発表] Anomalous Temperature Dependence of Magnetization in Ferromagnetic Mn-doped ZnSnAs2 thin films2015

    • 著者名/発表者名
      S. Hidaka, H. Toyota, N. Uchitomi
    • 学会等名
      第20回半導体におけるスピン工学の基礎と応用 (PASPS-20)
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2015-12-04 – 2015-12-05
  • [学会発表] 多元系強磁性半導体ZnSnAs2:Mn薄膜の研究の展開2015

    • 著者名/発表者名
      内富直隆
    • 学会等名
      未来研究イニシアチブ「計算機ナノマテリアルデザイン新元素戦略」ワークショップ
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      2015-09-26 – 2015-09-26
    • 招待講演
  • [学会発表] Room-temperature ferromagnetic properties of InMnAs thin films grown on InP2015

    • 著者名/発表者名
      N. Uchitomi, H.Yoshizawa, H. Toyota, M. Yamazaki
    • 学会等名
      28th International Conference on Defects in Semiconductors
    • 発表場所
      Helsinki Finland
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] 3DAP Analysis of Ferromagnetic ZnSnAs2:Mn Thin Films2015

    • 著者名/発表者名
      Naotaka Uchitomi, Hideyuki Toyota, Hiroaki Inoue, Hiroshi Uchida
    • 学会等名
      The 4th International GIGAKU Conference in Nagaoka
    • 発表場所
      長岡
    • 年月日
      2015-06-19 – 2015-06-21
    • 国際学会
  • [学会発表] MBE Growth and Characterization of ZnSnAs2 Thin Films Heavily Doped with Group III Atoms2015

    • 著者名/発表者名
      Kensou Takahashi, Naotaka Uchitomi, Tatsuya Terauchi, Masahiro Kato, Hiroaki Inoue, Hideyuki Toyota
    • 学会等名
      The 4th International GIGAKU Conference in Nagaoka
    • 発表場所
      長岡
    • 年月日
      2015-06-19 – 2015-06-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of (Zn,Ga,Sn)As2 thin films grown by MBE on GaAs2015

    • 著者名/発表者名
      Tastuya Terauchi, Hiroaki Inoue, Hideyuki Toyota, Naotaka Uchitomi,
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnology
    • 発表場所
      Niigata Japan
    • 年月日
      2015-06-16 – 2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystalline quality and structure of MBE-grown ferromagnetic semiconductor ZnSnAs2:Mn thin films revealed by X-ray fluorescence holography and X-ray crystal truncation rod scattering measurements2015

    • 著者名/発表者名
      Naotaka Uchitomi, H. Toyota, T. Takahashi, K. Hayashi, S. Hosokawa, N. Happo
    • 学会等名
      588. WE-Heraeus-Seminar, Element Specific Structure Determination in Materials on Nanometer and Sub-Nanometer Scale using modern X-ray and Neutron Techniques
    • 発表場所
      The Physikzentrum Bad Honnef (Germany)
    • 年月日
      2015-04-20 – 2015-04-30
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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