有機EL素子と室温強磁性半導体を融合した透明スピントロニクスの創生

通过结合有机EL器件和室温铁磁半导体创建透明自旋电子学

基本信息

批准号：
16686019
负责人：
福村知昭
金额：
$ 17.31万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目標は、室温強磁性半導体と有機材料を融合した透明スピントロニクスの実現である。デバイスの実際の作製に加え、室温強磁性半導体CoドープTiO_2の強磁性発現機構の解明も行う。そこで、今年度は以下の研究を行った。1 室温強磁性半導体CoドープTiO_2(ルチル)薄膜を用いた有機EL素子の作製と評価2 室温強磁性半導体CoドープTiO_2薄膜の物性評価(1)キャリア濃度を系統的に制御した試料の異常ホール効果と磁気円二色性の測定(2)共同研究による放射光設備などを用いた分光測定(3)室温デバイス動作を目指したスピン注入実験研究成果1 スタンダードな発光層であるAlq_3を用いた有機EL素子の作製を行った。還元したTiO_2をアノードに用いた有機EL素子は明瞭な面発光を示し、従来のインジウムスズ酸化物をアノードに用いた有機EL素子に匹敵する発光効率を示した。TiO_2は化学的に安定で製造コストも安いことから、インジウムスズ酸化物のアノードに代わり得る。CoドープTiO_2をアノードに用いても同等の発光特性を示すことから、有機EL素子へスピン偏極キャリアを注入可能であることがわかった。(論文1報投稿予定)2 (1)酸素欠損量の変化によりキャリア濃度を系統的に制御したCoドープTiO_2の異常ホール効果と磁気円二色性の測定結果から、高キャリア濃度で強磁性が発現することがわかった。(2)X線光電子分光からCoの不純物準位がTiO_2の電子状態と強く結合していることがわかり、X線磁気円二色性からCoの電子状態はCo^<2+>の高スピン配置をとることがわかった。これらの結果はCoドープTiO_2の強磁性がキャリア誘起であることを強く示唆し、強磁性半導体の性質を持つことを示すものである。(3)CoドープTiO_2とCoFeを強磁性電極とするトンネル磁気抵抗素子を作製した結果、従来の強磁性半導体の約3倍という200Kまでトンネル磁気抵抗効果が発現することがわかった。これは半導体スピントロニクスデバイスの室温動作に大きく迫る成果である。

这项研究的目标是实现结合室温铁磁半导体和有机材料的透明自旋电子学。除了器件的实际制造之外，我们还将阐明室温铁磁半导体Co掺杂TiO_2的铁磁性机制。为此，今年我们进行了以下研究。 1 室温铁磁半导体共掺杂 TiO_2（金红石）薄膜有机电致发光器件的制备与评价 2 室温铁磁半导体共掺杂 TiO_2 薄膜的物理性能评价 (1) 载流子浓度系统控制样品的反常霍尔效应(2) 联合研究使用同步加速器辐射设备进行光谱测量 (3) 针对室温装置运行的自旋注入实验研究成果 1我们使用标准发光层 Alq_3 制作了有机 EL 器件。采用还原态TiO_2作为阳极的有机EL器件表现出清晰的表面发光,且发光效率与采用氧化铟锡作为阳极的传统有机EL器件相当。 TiO_2 可以替代氧化铟锡阳极，因为它化学性质稳定且制造成本低廉。即使当Co掺杂的TiO_2用作阳极时，也表现出相同的发光特性，表明自旋极化载流子可以注入有机EL器件中。 (待提交论文 1 篇) 2 (1) 通过改变氧空位量系统控制载流子浓度的 Co 掺杂 TiO_2 的反常霍尔效应和磁圆二色性的测量结果，在发现载流子浓度高时会发生这种情况。 (2) X射线光电子能谱表明Co的杂质能级与TiO_2的电子态强耦合，X射线磁圆二色性表明Co的电子态为Co^<2+>的高自旋我发现我必须接受这个安排。这些结果强烈表明Co掺杂TiO_2的铁磁性是载流子诱导的，表明它具有铁磁半导体的特性。 (3)利用Co掺杂TiO_2和CoFe作为铁磁电极制作隧道磁阻元件,结果发现隧道磁阻效应在200K时表现出来,约为传统铁磁半导体的三倍。这一结果使我们更接近半导体自旋电子器件的室温运行。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fluorescence EXAFS study on local structures around Mn and Fe atoms doped in ZnO

DOI：
10.1238/physica.topical.115a00614
发表时间：
2005
期刊：
Physica Scripta
影响因子：
2.9
作者：
H. Ofuchi;Z. Jin;T. Fukumura;M. Kawasaki;Y. Matsumoto;T. Hasegawa;H. Fujioka;M. Oshima;H. Koinuma
通讯作者：
H. Ofuchi;Z. Jin;T. Fukumura;M. Kawasaki;Y. Matsumoto;T. Hasegawa;H. Fujioka;M. Oshima;H. Koinuma

n型ZnO:Al和Zn_<1-x>Mn_xO:Al薄膜的自旋相关磁阻

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Phys.Rev.B 72
影响因子：
0
作者：
H.Nakatsuji;M.Ehara;T.Andrearczyk
通讯作者：
T.Andrearczyk

Magnetic Oxide Semiconductors

DOI：
10.1007/978-94-007-7604-3_22-1
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
N. H. Hong
通讯作者：
N. H. Hong

Signature of Carrier-Induced Ferromagnetism in Ti_<1-x>Co_xO_2: Exchange Interaction between High-Spin Co^<2+> and the Ti 3d Conduction Band

Ti_<1-x>Co_xO_2 中载流子诱导铁磁性的特征：高自旋 Co^<2> 与 Ti 3d 导带之间的交换相互作用

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Phys.Rev.Lett. 96
影响因子：
0
作者：
J.W.Quilty;A.Shibata;J.-Y.Son;K.Takubo;T.Mizokawa;H.Toyosaki;T.Fukumura.M.Kawasaki
通讯作者：
T.Fukumura.M.Kawasaki

First Principles Investigation on Magnetic Circular Dichroism Spectra of Co-doped Anatase and Rutile TiO_2

共掺杂锐钛矿型和金红石型TiO_2磁圆二色性光谱的第一性原理研究