2003 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
Project/Area Number |
02J04753
|
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)
|
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 |
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い研究した。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、全エネルギーの計算結果より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サイトや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。この際、有効な3dホールの存在が強磁性発現に重要である事も示した。これらの事から、実験で得られたMn-CdGeP_2の強磁性の起源は、格子欠陥などで発生した3dキャリアによる二重交換相互作用である事が示せた。 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、様々なII-IV-V_2族、および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。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族をそれぞれ置換するとした。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、強磁性状態とスピングラス状態のエネルギー差をハイゼンベルグモデルの強磁性と反強磁性状態のエネルギー差にマッピングし、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、ZnGeAs_2、CuAlS_2、AgGaS_2にCrをドープする事で、室温よりも高いキュリー温度が期待できることを示した。また、CuAlS_2とAgGaS_2のTc濃度依存性が、Cr3dバンドの半値幅の濃度依存性と一致している事から、二重交換相互作用による強磁性安定化のメカニズムを裏付ける事が出来た。
|
Research Products
(2 results)
-
[Publications] T.Kamatani, H.Akai: "Electronic structure and magnetism of novel diluted magnetic semiconductors CdGeP_2=Mn and ZnGeP_2=Mn"PHASE TRANSITIONS. 76. 401-411 (2003)
-
[Publications] T.Kamatani, H.Akai: "Magnetic properties of chalcopyrite-based diluted magnetic semiconductors"Journal of Superconductivity : Incorporating Novel Magnetism. 16. 95-97 (2003)