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。

这项研究的目的是实现透明的旋转型，它将室温铁磁半导体与有机材料结合在一起。除了实际制造设备外，还阐明了室温铁磁半导体共同掺杂的TIO_2的铁磁表达的机制。因此，今年我们进行了以下研究：1使用室温铁磁性半导体共掺杂TIO_2（真实）薄膜制造和评估有机EL设备2评估室温铁磁半导体的物理特性，并具有统一的圆形薄膜（1）均匀的圆形层次（1）圆形的圆形效应效应的循环效应，以效应效应效应和吸引人的效应。浓度（2）使用同步加速器辐射设备和其他手段的光谱测量（3）旨在使用室温设备运行的自旋注入实验的研究结果1使用标准发光层ALQ_3制备有机EL设备。使用降低TIO_2作为阳极的有机EL设备表现出清晰的表面发射，并表现出与使用二锡氧化物作为阳极的常规有机EL设备相当的发光效率。 TIO_2在化学上是稳定的，生产成本较低，因此可以用于替代氧化二锡氧化阳极。由于即使将共掺杂的TIO_2用作阳极，也表现出相同的发射特性，因此发现自旋极化载体可以植入有机EL设备中。（报告1将发布）2（1）从共掺杂TIO_2的异常大厅效应和磁性圆形二分法的测量结果中，其中载体浓度由于氧不足的变化而系统地控制了，因此发现在高载体浓度下发生了铁磁性。（2）发现CO的杂质水平与X射线光电子光谱的TIO_2的电子状态强烈耦合，并且CO的电子状态具有从X射线磁性圆形二色性的CO^2+>的高自旋构型。这些结果强烈表明，共掺杂的TIO_2的铁磁性是载体引起的，表明它具有铁磁半导体的特性。（3）由于制造具有共掺杂的TIO_2和COFE作为铁磁电极的隧道磁极元件的结果，发现隧道磁磁铁效应的效应达到了200K，约为200K，约为常规铁磁半导体的三倍。这是一项重大成就，它将吸引到半导体自旋设备的室温运行。

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