半磁性半導体メゾスコピック粒子の磁気光物性

半磁性半導体は、Cd_1- _XMn_XTe、Cd_1- _XMn_XSeなどの磁性イオンを含む半導体であり、磁気光学的性質が著しい物質である。この物質の微粒子効果を見るために、Cd_1- _XMn_XSeをSi0_2中に埋め込んだものを作製し、その磁気光学的性質を調べた。この系では、微粒子中で、励起子が、Mnイオンと交換相互作用を行う結果、巨大なゼーマン効果、励起子の磁気ポーラロン効果などに、特有な微粒子物性が現れる。粒径や微粒子中の磁性イオンの濃度を変化させて、その磁気光物性を測定した。RFスパッター法により、Si0_2にCd_1- _XMn_XSeをドープした薄膜を作り、熱処理の時間と温度を変えることにより、様々な粒径の微粒子を作製した。透過電顕によって観察した微粒子像では、Si0_2との境界が、明瞭に識別できるほぼ球形のCd_1- _XMn_XSe微粒子の成長が確認される。格子縞は(110)面によるもので、縞の間隔は4.3Aで、バルク結晶のばあいの面間隔とほぼ一致する。微粒子内の格子の乱れはほとんどなく、歪や欠陥の少ない単結晶のCd_1- _XMn_XSe微粒子ができていることが確認される。格子縞の数より、粒径はほぼ200Aであることがわかる。各試料における微粒子の平均粒径は、X線回折線の幅より、Scherrerの式を用いて算定したが、これらは20〜300Aの範囲にあった。半磁性半導体微粒子は、交換相互作用の働く0次元励起子系を実現する。励起子エネルギーの粒径依存性は、ゼロ磁場においては、平均粒径が210Aから65Aに減少する間に、18meVエネルギーが上がり、励粒子閉じ込め効果の計算とよく一致する。7テスラの磁場を印加すると、210Aの粒径では55meVの低エネルギーシフトが見られ、巨大ゼーマン効果が現れていることがわかる。一方、65Aの粒径では、10meVのシフトとなり、粒径の減少につれて、ゼーマンシフトは減少する傾向にある。これは、微粒子中に含まれるMnイオンの数を考慮したg値でほぼ説明がつくが、磁場依存性より、微粒子内でのMnイオン対の生成が増大していることが分かる。

半磁性半導体は、Cd_1- _XMn_XTe、Cd_1- _XMn_XSeなどの磁性イオンを含む半導体であり、磁気光学的性質が著しい物質である。この物質の微粒子効果を見るために、Cd_1- _XMn_XSeをSi0_2中に埋め込んだものを作製し、その磁気光学的性質を調べた。この系では、微粒子中で、励起子が、Mnイオンと交換相互作用を行う結果、巨大なゼーマン効果、励起子の磁気ポーラロン効果などに、特有な微粒子物性が現れる。粒径や微粒子中の磁性イオンの濃度を変化させて、その磁気光物性を測定した。RFスパッター法により、Si0_2にCd_1- _XMn_XSeをドープした薄膜を作り、熱処理の時間と温度を変えることにより、様々な粒径の微粒子を作製した。透過電顕によって観察した微粒子像では、Si0_2との境界が、明瞭に識別できるほぼ球形のCd_1- _XMn_XSe微粒子の成長が確認される。格子縞は(110)面によるもので、縞の間隔は4.3Aで、バルク結晶のばあいの面間隔とほぼ一致する。微粒子内の格子の乱れはほとんどなく、歪や欠陥の少ない単結晶のCd_1- _XMn_XSe微粒子ができていることが確認される。格子縞の数より、粒径はほぼ200Aであることがわかる。各試料における微粒子の平均粒径は、X線回折線の幅より、Scherrerの式を用いて算定したが、これらは20〜300Aの範囲にあった。半磁性半導体微粒子は、交換相互作用の働く0次元励起子系を実現する。励起子エネルギーの粒径依存性は、ゼロ磁場においては、平均粒径が210Aから65Aに減少する間に、18meVエネルギーが上がり、励粒子閉じ込め効果の計算とよく一致する。7テスラの磁場を印加すると、210Aの粒径では55meVの低エネルギーシフトが見られ、巨大ゼーマン効果が現れていることがわかる。一方、65Aの粒径では、10meVのシフトとなり、粒径の減少につれて、ゼーマンシフトは減少する傾向にある。これは、微粒子中に含まれるMnイオンの数を考慮したg値でほぼ説明がつくが、磁場依存性より、微粒子内でのMnイオン対の生成が増大していることが分かる。