2002 Fiscal Year Annual Research Report
カルコパイライト型希薄磁性半導体の磁性に関する研究
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02J04753
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
鎌谷 輝明 大阪大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | 希薄磁性半導体 / 第一原理計算 / カルコパイライト半導体 |
Research Abstract |
今回我々は実験で見つかった室温強磁性半導体Mn-CdGeP_2の強磁性発現メカニズムを第一原理計算の手法を使って理諭的に研究した。構造エネルギーの観点からCdGeP_2中のMnはCdサイトと置換しやすいが、全エネルギの計算結果よりCdをMnで置換しただけでは系の強磁性状態は実現されない事が分かった。一方でCdサィトやGeサイトの格子欠陥、Cd過多やGe過多の状態で電子構造を計算すると、系にキャリアが発生し強磁性状態が安定になった。このことから、実験で得られたMn-CdGeP_2の強磁性も格子欠陥などによるキャリアによって誘起されたものと考えられる。 他の強磁性を示すカルコパイライト希薄磁性半導体の可能性を考えるため、II-IV-V_2族、I-III-V_2族カルコパイライト半導体に遷移金属(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni)をドープした場合の磁気構造の安定性を調べた。その結果、II-IV-V_2族のCdGeP_2、ZnGeP_2にV、Crをドープした系、I-III-VI_2族のCuAlS_2、AgGaS_2にV、Cr、Mnをドープした系で強磁性が安定化した。ただし、ここで遷移金属は構造エネルギー的に最も安定なII族、III族をそれぞれ置換した.このケミカルトレンドは軌道の結晶場分裂を考慮する事で統一的に理解でき、強磁性発現にはキャリアが系全体に十分に広がる事が重要である。更に、系のエネルギーをハイゼンベルグモデルにマッピングし、平均場近似の範囲内で強磁性転移温度を概算したところ、CuAlS_2とAgGaS_2では室温よりも十分高いキュリー温度が期待できることが分かった。
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Research Products
(3 results)
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[Publications] T.Kamatani, H.Akai: "Electronic structure and magnetism of novel metal diluted magnetic semiconductors CdGeP_2=Mn and ZnGP_2=Mn"Phase Transitions. 76(印刷中). (2003)
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[Publications] T.Kamatani, H.Akai: "The magnetic properties of the chalcopyrite based diluted magnetic semiconductors"Journal of Superconductivity : Incorporating Novel magnetic. 16(印刷中). (2003)
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[Publications] K.Sato, G.A.Medvedkin, H.Akai, T.Kamatani: "Novel Mn-doped chalcopyrite"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 9. 14-18 (2002)