室温強磁性を有する磁性ワイドギャップ半導体薄膜の創製と強磁性発現機構の解明

室温铁磁性磁性宽禁带半导体薄膜的制备及铁磁性机理的阐明

• 批准号: 18760496
• 负责人: 遠藤 恭
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tohoku University (2007)Osaka University (2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760496/
• 关键词: ワイドギャップ半導体; 3d遷移磁性金属; 常磁性状態; 窒化物; 酸化物; 微結晶; 強磁性状態; 化学結合状態; 磁性ワイドギャップ半導体; 強磁性; 常磁性; 窒化物半導体; 酸化物半導体; 磁性元素; 結晶配向

本研究課題では、半導体のキャリアと磁性金属のスピンを融合した半導体-スピン機能性デバイスの創製を目指して、磁性金属として3d遷移磁性金属であるCr,Mnを、ワイドギャップ半導体としてAIN,Cu_2Oを選択し、1.基板温度の異なるCrを注入したCu_2O薄膜の作製とその基礎物性のCr濃度依存性と、2.Cr,Mnを注入したAIN,Cu_2O薄膜における強磁性を発現しない原因について検討し、以下の知見を得た。1.基板温度の異なるCrを注入したCu_2O薄膜の作製とその基礎物性のCr濃度依存性結晶構造は、Cr濃度および基板温度に関係なく、(111)配向した多結晶Cu_2O単相となった。結晶粒径は、Cr濃度に関係なく基板温度の上昇にともない20nm程度に粗大化した。薄膜中のCuとCrの化学結合状態は、Cu^0もしくはCu^<1+>とCr^<3+>であった。また、5-300Kの温度領域での磁気状態は、Cr濃度および基板温度に関係なく常磁性状態であった。2.Cr,Mnを注入したAIN,Cu_2O薄膜における強磁性を発現しない原因Crの場合には、薄膜中で母相である半導体、窒素および酸化物との化合物は形成されず、半導体のAl原子やCu原子を無秩序に置換しているか、もしくは数nm程度の微結晶として膜中に均一に分散していると考えられる。また、Mnの場合には、低Mn濃度ではCrの場合と同様に、Mn原子によるAl原子やCu原子の置換、もしくは膜中への微結晶の均一分散によると考えられる。一方、高Mn濃度では、低温のみで磁化を発現することを確認した。これは、粗大化した窒化物および酸化物の形成によると考えられる。以上の結果から、これらの薄膜では、磁性原子によるAl原子もしくはCu原子の置換、もしくは膜中における微結晶の均一分散によって、室温で強磁性を発現しないことを明らかにした。

In this research topic, we aimed to create a semiconductor-spin functional device that combines semiconductor carriers with magnetic metal spin, and selected 3d transition magnetic metal Cr and Mn as magnetic metals, and AIN and Cu_2O as wide gap semiconductors, 1. Fabrication of Cu_2O thin films with Cr with different substrate temperatures, and the dependence of the basic properties of Cr concentration, and 2. The reasons for not获得了带有Cr和Mn注射的AIN和Cu_2O薄膜中的Ferromagnetism，并获得了以下发现。 1。注射具有不同底物温度的CU_2O薄膜的制造和Cr浓度依赖性晶体结构的基本特性是多晶的单相Cu_2O取向（111），无论CR浓度和底物温度如何。随着底物温度升高，无论CR浓度如何，晶粒尺寸都会降低约20 nm。薄膜中Cu和Cr之间的化学键状态为Cu^0或Cu^<1+>和Cr^<3+>。此外，无论CR浓度和底物温度如何，温度范围的磁态都是顺磁性。 2。引起CR，将Mn注射AIN，Cu_2O薄膜，这些薄膜不会表现出铁磁性，而在Cr，Mn注射的Cr，具有半导体，氮和氧化物的化合物，它们是矩阵，是在薄膜中形成的，并且在几乎没有效果的情况下被视为固定的，或者是在级别上均匀地分散的，并且是在均匀的绘制中，并且在均不一样。另外，在MN的情况下，如CR，人们认为在低Mn浓度下，这是由于Mn原子替代Al或Cu原子，或者是膜中微晶的均匀分散。另一方面，可以证实磁化仅在高温下低温下发生。这被认为是由于形成了质和氧化物的粗糙。从上述结果中可以发现，在这些薄膜中，由于用磁原子替换Al或Cu原子或膜中微晶的均匀分散，在室温下未表达铁磁性。

项目成果

Observation of Magnetization Reversal Process in Ni-Fe Nanowire Using Magnetic Field Sweeping-Magnetic Force Microscopy

磁场扫描磁力显微镜观察镍铁纳米线的磁化反转过程

• 发表时间: 2007
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 46
• 作者: M.Osada;M.Kakihana;H.Yasuoka;M.Kall;L.Borjesson;Yasushi Endo
• 通讯作者: Yasushi Endo

Detailed Magnetization Reversal Process in a Ni-Fe Nanowire Measured with Magnetic Field Sweeping (MFS)-MFM

使用磁场扫描 (MFS)-MFM 测量 Ni-Fe 纳米线的详细磁化反转过程

• 发表时间: 2008
• 作者: M.Osada;M.Kakihana;H.Yasuoka;M.Kall;L.Borjesson;Yasushi Endo;Y.Endo;Y.Endo;I.Sasaki;佐藤 隆信;Yasushi Endo
• 通讯作者: Yasushi Endo

Transition between Onion States and Vortex States in Exchange-Counpled Ni-Fe/Mn-Ir Asymmetric Ring Dots

交换耦合 Ni-Fe/Mn-Ir 不对称环点中洋葱态与涡旋态的转变

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Applied Physics 99
• 作者: M.Osada;M.Kakihana;H.Yasuoka;M.Kall;L.Borjesson;Yasushi Endo;Y.Endo;Y.Endo;I.Sasaki
• 通讯作者: I.Sasaki

Crystal Structure and Magnetic Properties of Cr-Doped AlN Films with Various Cr Concentrations

不同Cr浓度的Cr掺杂AlN薄膜的晶体结构和磁性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Materials Transactions 48・3
• 作者: M.Osada;M.Kakihana;H.Yasuoka;M.Kall;L.Borjesson;Yasushi Endo;Y.Endo
• 通讯作者: Y.Endo

Change of Interlayer Exchange Coupling between the Adjacent Magnetic Transition Metal Layers across a Rare-Earth Metal Layer by Hydrogenation

通过氢化改变稀土金属层上相邻磁过渡金属层之间的层间交换耦合

• 发表时间: 2006
• 期刊: Material Science Forum 512
• 作者: M.Osada;M.Kakihana;H.Yasuoka;M.Kall;L.Borjesson;Yasushi Endo;Y.Endo;Y.Endo
• 通讯作者: Y.Endo