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2018 年度 実績報告書

核分光法による酸化亜鉛中の不純物が誘起する伝導性と希薄磁性の探索

研究課題

研究課題/領域番号 26286075
研究機関金沢大学

研究代表者

佐藤 渉  金沢大学, 物質化学系, 教授 (90333319)

研究分担者 大久保 嘉高  京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (70201374)
上野 秀樹  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
キーワード酸化亜鉛 / 摂動角相関 / メスバウアー分光 / 不純物 / インジウム / ナノ構造体
研究実績の概要

酸化亜鉛(ZnO)は未ドープの状態でもn型の電気伝導性を示す化合物半導体である。本研究では、ZnOの半導体物性の制御を念頭に、ドナーとして期待されているInのZnO中での熱挙動を追跡してきた。これまでの研究において、高純度(5N)のZnOに0.5%のIn(純度4N)を添加し、これに放射性プローブ核(In-111)を導入して摂動角相関測定を行った結果、不純物のInはZnとの局所的な会合により、スピネル型のナノ構造体ZnIn2O4を形成していることが明らかとなった。これは試料を空気中で熱処理することによって得られた結果であるが、その後の研究により、熱処理を行う雰囲気や温度によって、In位置での局所構造が大きく変化する傾向を示唆する結果が得られた。従って平成30年度は、個々のIn原子の固溶と凝集の制御法の検討を進め、(1)Inの濃度および(2)熱処理時間と雰囲気依存性を詳細に調べた。
ZnOに添加するInの濃度を0~0.5%まで変化させて同一条件(空気中、1273 K)で焼成した場合、Inの濃度が高いほど、上述のナノ構造体の組成の割合は単調に増加する傾向を示した。これはInが熱拡散する過程で互いに邂逅する頻度がInの濃度が高いほど増加することを示している。一方、ナノ構造体を含むZnO試料に真空中で熱処理(1000 K)を施すと、In原子がナノ構造体から解離して熱拡散によってZn格子点を占有する現象が確認された。高温真空中では、酸素空孔が形成し、電荷に不均衡が生じたことにより構造体が分解した結果であると考えられる。この傾向は、熱処理時間を長くするほど顕著であり、最終的にはほぼ完全に解離して個々のInが熱拡散の後に固溶することが明らかとなった。今後、本法によってさらに高濃度のInを固溶させ、固溶度と電気伝導度との相関を調べる予定である。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Investigation of the effects of sintering and indium-doping of zinc oxide using 67Zn magic angle spinning NMR analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Ohashi Ryutaro、Sato Wataru、Mizuno Motohiro、Ohki Shinobu、Deguchi Kenzo、Tansho Masataka、Shimizu Tadashi
    • 雑誌名

      Solid State Nuclear Magnetic Resonance

      巻: 95 ページ: 12~16

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.ssnmr.2018.09.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal behavior of In impurities in ZnO2018

    • 著者名/発表者名
      Sato W.、Shimizu H.、Komatsuda S.、Ohkubo Y.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 124 ページ: 105101 (1~7)

    • DOI

      10.1063/1.5046970

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-dependent thermal behavior of impurity hydrogen trapped in vacancy-type defects in single crystal ZnO2018

    • 著者名/発表者名
      Shimizu H.、Sato W.、Mihara M.、Fujisawa T.、Fukuda M.、Matsuta K.
    • 雑誌名

      Applied Radiation and Isotopes

      巻: 140 ページ: 224~227

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2018.07.025

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-beam Mossbauer spectra of 57Mn implanted into ice2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Y.、Sato Y.、Kobayashi Y.、Mihara M.、Kubo M. K.、Sato W.、Miyazaki J.、Nagatomo T.、Tanigawa S.、Natori D.、Kobayashi J.、Sato S.、Kitagawa A.
    • 雑誌名

      Hyperfine Interactions

      巻: 239 ページ: 25 (1~10)

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10751-018-1500-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nuclear spin relaxation of 111Cd at the A site in spinel oxides, CdFe2O4 and CdIn2O42018

    • 著者名/発表者名
      Sato W.、Komatsuda S.、Ohkubo Y.
    • 雑誌名

      Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry

      巻: 316 ページ: 1289~1293

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10967-018-5855-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical reactions of localized Fe atoms in ethylene and acetylene matrices at low temperatures using in-beam Mossbauer spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Y.、Yamada Y.、Kubo M. K.、Mihara M.、Sato W.、Miyazaki J.、Nagatomo T.、Takahashi K.、Tanigawa S.、Sato Y.、Natori D.、Suzuki M.、Kobayashi J.、Sato S.、Kitagawa A.
    • 雑誌名

      Hyperfine Interactions

      巻: 239 ページ: 18 (1~9)

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10751-018-1494-2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] μSR Study on Hydrogen Behavior in Palladium2018

    • 著者名/発表者名
      Mihara Mototsugu、Araki Hideki、Mizuno Masataka、Shimomura Koichiro、Higemoto Wataru、Sugita Kazuki、Atsushi Kobayashi、Kondo Masashi、Tanaka Yuki、Matsuzaki Teiichiro、Kadono Ryosuke、Sato Wataru、Nakano Takehito、Fukuda Takashi
    • 雑誌名

      JPS Conference Proceedings

      巻: 21 ページ: 011031 (1~5)

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSCP.21.011031

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mossbauer spectroscopic study on the composition of Fe-containing minerals in ordinary chondrites, Miller Range 07710 and Yamato 7902722018

    • 著者名/発表者名
      Sato W.、Nakagawa M.、Shirai N.、Ebihara M.
    • 雑誌名

      Hyperfine Interactions

      巻: 239 ページ: 13 (1~6)

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10751-018-1489-z

    • 査読あり
  • [学会発表] 南極隕石MIL07710およびY-790272の鉱物組成2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 渉、中川 真結、白井 直樹、海老原 充
    • 学会等名
      2018日本放射化学会年会・第62回放射化学討論会
  • [学会発表] 四酸化三鉄中に導入された 不純物インジウムの原子ジャンプ2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 渉、小松田沙也加、藤沢照功、竹中聡汰、杉本友亮、大久保嘉高
    • 学会等名
      平成30年度「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究Ⅴ」専門研究会
  • [学会発表] オンラインガンマ線摂動角相関法によるコンドライト隕石の鉱物組成分析2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 渉
    • 学会等名
      新学術領域研究「宇宙観測検出器と量子ビームの出会い。新たな応用への架け橋。」 キックオフシンポジウム

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公開日: 2019-12-27  

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