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2015 年度 実施状況報告書

希薄磁性半導体GaMnAsのナノ領域の磁気特性測定法の開発と強磁性発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 26790039
研究機関東京工業大学

研究代表者

加来 滋  東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (80583137)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードナノ / 表面 / スピン / 超高真空 / 走査プローブ顕微鏡 / 希薄磁性半導体
研究実績の概要

「希薄磁性半導体GaMnAsのナノ領域の磁気特性測定法の開発と強磁性発現機構の解明」という題目で、いずれもSTM測定法の応用である弾道電子顕微鏡とスピン偏極STMの両面から取り組んでいる。本年度、弾道電子顕微鏡においては、そもそもの測定分解能を精密に見積もるためのシミュレーション法の構築とモデル実験を行った。一方で、スピン偏極STMについては、最新の反強磁性バルクCr探針を用いた手法の導入に成功し、ようやく本実験と組み合わせられるところまでレベルを向上させることができた。明瞭で安定した磁気像が再現良くCr(001)の試料で測定されることを確認した。一方で、希薄にMnドープしたGaAs(110)面あるいは、ヘキ開後にMnを少量蒸着させたGaAs(110)面において、STM測定の下準備を整えた。すでに、GaAs(001)上にMnをSTM針による電圧パルスでGa原子と置換する技術、原子をマニュピュレートする技術は報告されていたが、これと同じ操作が申請者らでも可能となった。加えて強磁性を発現する一般的なMn濃度を持つGaMnAs(110)ヘキ開面においても、非磁性W-tipを使ってSTMの予備測定を行った。これは今後スピン偏極STMを応用するための検討実験である。段階的にMn濃度を0.1%から5%まで変化させ、その間の最表面Mn原子の状態密度-エネルギー特性を調べた。今後は最表面Mnに限定せず、GaMnAsバルクの一般的な状態密度の測定に臨みたいが、現状最表面Mnについては、Mn濃度に大きく依存せず、バルクよりもむしろ表面特有の効果を反映した深い束縛状態があらわに観測されることが確認された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初予定では弾道電子顕微鏡を用いたナノ領域の磁性測定を主に考えていたが、そのための試料構造作成が想定よりも困難であったこと、分解能の評価が難しいことから、精密な分解能評価のためのシミュレーション作製などに時間を要した。さらに、並行して進めていたスピン偏極STM法のほうで技術的な大きな進展があったため、それを本研究に本格的に適用するための準備に時間を割いた。

今後の研究の推進方策

今後はスピン偏極STMを用いたGaMnAs(110)面のナノ磁性測定法に重点をおく。GaMnAsのスピン偏極STM測定はこれまでに報告がなく、ナノ領域での新しい知見が得られると期待される。また、低濃度のMnつまり、Mnが孤立した系においても、スピン偏極STMと強磁場印加を組み合わせて新しい研究ができると考えており、これによってもGaMnAs中のMnの極微領域での磁気的相互作用についての理解を深めたい。

次年度使用額が生じた理由

弾道電子顕微鏡を用いた測定に関する研究進捗に遅延があったため。

次年度使用額の使用計画

スピン偏極STM法を用いた方法に一部研究計画を修正するが、極低温でのMnのGaAs表面への蒸着を可能とするための超高真空システムの改造に使用する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件)

  • [学会発表] MnドープInAs-GaSb超格子の熱電特性2016

    • 著者名/発表者名
      武富 優綺、加来 滋、吉野 淳二
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Ga1-xMnxAsの巨大熱電能の起源の解明2016

    • 著者名/発表者名
      荒川 和哉、武富 優綺、加来 滋、吉野 淳二
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Thermoelectric Character of Mn doped InAs/GaSb Supperlattices2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Taketomi, S.Kaku and J.Yoshino
    • 学会等名
      International USMM &CMSI Workshop
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2016-01-05 – 2016-01-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Cross-sectional STM/STS study of AlSb/InAs/GaSb/AlSb hetero-structures2016

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhito Ando, Shigeru Kaku, and Junji Yoshino
    • 学会等名
      International USMM &CMSI Workshop
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2016-01-05 – 2016-01-09
    • 国際学会
  • [学会発表] X-STM observation on (110) surface of AlSb/InAs/GaSb/AlSb hetero-structure2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ando, S. Kaku, M. Tsukui, and J. Yoshino
    • 学会等名
      MSS-17
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] X-STM measurements of band bending across GaAs/AlAs heterojunction2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kaku, M. Tsukui, T. Ando, and J. Yoshino
    • 学会等名
      MSS-17
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoelectric Measurement of GaSb/InAs/AlSb Superlattices2015

    • 著者名/発表者名
      Y.Taketomi, K.Arakawa, S.Kaku, and J.Yoshino
    • 学会等名
      34th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2015-07-15 – 2015-07-17
  • [学会発表] GaMnAsの巨大熱電能2015

    • 著者名/発表者名
      K.Arakawa, Y.Taketomi, S.Kaku, and J.Yoshino
    • 学会等名
      34th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2015-07-15 – 2015-07-17

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公開日: 2017-01-06  

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