酸化亜鉛をベースとする希薄磁性半導体量子構造におけるスピン依存伝導に関する研究

基于氧化锌的稀磁半导体量子结构自旋相关传导研究

基本信息

批准号：
08J05643
负责人：
益子慶一郎
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでに、ZnMnO/ZnOヘテロ界面においてZnMnO障壁層のスピン分裂によってZnO伝導層中のアップスピンとダウンスピンの各波動関数のしみだし確率が変化し、ZnO層中にスピン分裂が生じている事に起因している事を明らかにしている。さらに、二次元正孔ガスの形成(p型化)によりZnO伝導層に誘起されるスピン分裂エネルギーを飛躍的に増加する事が期待される。そこで、高エネルギー研究所(KEK)で放射光を用いてX線光電子分光(XPS)測定を行い、ZnMnO薄膜の価電子帯近傍の電子状態密度を評価した。Mn濃度3%の薄膜の価電子端近傍にブロードなピーク構造が観測された。さらにMn濃度が増加するとそのピーク構造が消失した。0Tから10Tの磁場下でZnMnO/ZnOヘテロ構造の縦磁気抵抗の測定を試みた結果、3.24Kの温度では5T以上でシュブニコフドハース振動に起因すると考えられる磁気抵抗振動を観測できた。一方、横磁気抵抗の測定についても試みたが、5T以下の磁場では1.85Kでも量子ホール効果の存在を示唆するプラトーを観測することはできなかった。これらは、二次元閉じ込め効果が十分ではなく、三次元方向に伝導する電子が存在する事が影響していると考えられる。量子効果を観測できる試料を作製するためには、試料の高純度化や閉じ込め効果を増加するためのバンド構造を最適化すること(より大きなバンドオフセットを確保する)が必要であると考えられる。また、ZnOをベースとした希薄磁性半導体薄膜が異常ホール効果を示す事がいくつか報告されているが、本試料では確認されなかった。

到目前为止，已经揭示了ZnO导电层中垂旋和倾斜型的波函数的溢出概率由于在ZnMNO/ZnO HeteroInterface上的ZnMNO屏障层的自旋分裂而发生了变化，从而导致ZnO层中的旋转分裂。此外，预计形成二维孔气（诱导P型）将显着增加ZnO导电层中引起的自旋分裂能。因此，使用高能研究所（KEK）的同步加速器辐射（KEK）在Znmno薄膜的价带附近评估电子状态的密度。在薄膜的价电子边缘附近观察到宽峰结构，Mn浓度为3％。此外，当MN浓度升高时，峰结构消失了。由于试图测量Znmno/ZnO异质结构在0到10 T的磁场上的纵向磁磁性，我们能够观察到在3.24k上方3.24K上方5T的3.24K时，人们认为这被认为是由Shubnikoffdhaas振动引起的磁磁振动。另一方面，我们还试图测量横向磁磁性，但是我们无法观察到高原，即使在5T以下的磁场中，即使在1.85K处也存在量子大厅效应。这些因素被认为是由于2D限制效应不足以及在三维方向传导的电子的存在所致。为了产生可以观察量子效应的样品，人们认为有必要优化频带结构以提高样品的纯度并增加限制效果（确保较大的频带偏移）。此外，尽管有一些报道称基于ZnO表现出异常大厅效应的稀释磁性半导体薄膜，但尚未证实该样品。