| 研究実績の概要 |
本課題では、半導体スピントロニクスのスピン注入源材料として期待される希薄磁性半導体中の磁性添加物が形成する不純物状態を明らかにし、将来的にはそれらの人為的な制御を実現することを目標とし、磁性元素をドープしたⅡ-Ⅵ族半導体ZnTeを対象に、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて磁性元素周りの局所電子状態を詳細に調べることを目的として研究を行っている。
平成27年度は、主に、(Zn,Cr)Te中のCrの不純物状態が、電荷ドープの影響によってどのように変化するかを、STMを用いて調べた。試料として、p型ZnTe(001)基板上にMBE成長した(Zn,Cr)Te薄膜をを用い、Cr不純物状態のp-ZnTe/ZnCrTe界面からの距離依存性を調べた。その結果、Cr不純物準位の状態密度は、p-ZnTeとの界面に近づくにつれて連続的に小さくなる傾向がみられた。これは、p-ZnTeからのホールの注入によって界面付近のCrでは、そのd電子が中性のCr2+状態よりも減少し、Cr3+状態なっていることを示唆している。このような磁性不純物の価数変化は希薄磁性半導体の磁化特性と強い関連があると言われており、今後ヘテロ界面構造もしくは外部電界印加による電荷ドープによって希薄磁性半導体中の磁性を人為的に制御できる可能性を示していると考えられる。
さらに前年度に開始したCrを蒸着したZnTe(110)表面に対しSTM研究をすすめ、隣接Cr原子は、孤立原子に比べて明るい輝点として観察されることを明らかにした。DFT計算との比較から、これは隣接Cr間にはたらく強磁性相互作用による不純物状態の変化を反映したものであることが示唆された。さらに、STM観察中にCr原子が表面上を移動することも観察されたことから、今後、STM原子操作により人為的に新規な低次元強磁性ナノ構造を作製しその物性を制御できると考えられる。
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