3-5族希薄磁性半導体の強磁性秩序と電気伝導・光物性

稀3-5族磁性半导体的铁磁序和电导/光学性质

基本信息

批准号：
04650001
负责人：
大野英男
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04650001/
关键词：
希薄磁性半導体 III-V族 InAs InMnAs Mn 化合物半導体異常ホール効果

项目摘要

本研究は、申請者らが新しく合成に成功したIII-V族希薄磁性半導体に見られる強磁性秩序と電気伝導・光物性との関係を明らかにし、この新希薄磁性半導体の応用の可能性を探ることを目的として行われた。本年度は、III-V族化合物半導体をベースにした希薄磁性半導体、InMnAsを対象に、その電気伝導・光物性と磁気的性質との関係を明らかにすることを試みた。特に、高正孔濃度のp形試料にのみ低温で(〜10K)見られる強磁性秩序の発現機構とその影響を明らかにすることを目標とした。高正孔濃度のp形試料(MnAs組成〜0.013)は、中高温領域で常磁性であり、ある臨界温度以下で自発磁化が生じる。磁気輸送現象を調べると、半導体が磁化を持つことで現われる異常ホール効果が通常のホール効果より大きく、これに注目することで磁化を決定することができることが明らかになった。それによると膜厚1μm前後の試料では10K以下で自発磁化が観測される。自発磁化はn形試料には見られないことから正孔とMnのスピンとの相互作用が強磁性的相互作用の発現に重要な役割を果たしていることがわかった。また、強磁性秩序の発現とともに負の磁気抵抗効果が観測されはじめる。これは磁気秩序がキャリアの局在を促進していることを示している。これらのことは、以前から提案している傾いたスピンを内包する大きな磁気ポーラロンの存在により説明できる。さらに、p形ヘテロ接合試料でも強磁性秩序が観測された。薄膜・ヘテロ接合試料共にMnの内殼遷移を検出することを試みている。

本研究阐明了申请人成功合成的III-V族稀磁半导体中观察到的铁磁序与电导和光学性质之间的关系，并探索了这种新型稀磁半导体的潜在应用。探索的目的。今年，我们试图阐明InMnAs（一种基于III-V族化合物半导体的稀磁半导体）的电导率、光学性能和磁性能之间的关系。特别是，我们的目的是阐明铁磁有序的机制和影响，这种铁磁有序仅在低温（~10K）下具有高空穴浓度的 p 型样品中观察到。具有高空穴浓度（MnAs成分~0.013）的p型样品在中高温范围内具有顺磁性，并且在低于某个临界温度时会发生自发磁化。对磁输运现象的研究表明，半导体具有磁化时发生的反常霍尔效应比正常霍尔效应更大，通过关注这一点可以确定磁化。据此，在膜厚约1μm的样品中，在低于10K的温度下观察到自发磁化。由于在n型样品中没有观察到自发磁化，因此发现空穴和Mn自旋之间的相互作用在铁磁相互作用的表达中起着重要作用。此外，随着铁磁有序的开始，开始观察到负磁阻效应。这表明磁序促进载流子局域化。这些现象可以通过先前提出的包含倾斜自旋的大磁极化子的存在来解释。此外，在 p 型异质结样品中也观察到铁磁有序。我们正在尝试检测薄膜和异质结样品中锰的内壳转变。