磁性半導体における変調ドープヘテロ構造の作製と2次元電子系の研究

磁性半导体调制掺杂异质结构的制备及二维电子系统研究

• 批准号: 13640317
• 负责人: 黒田 眞司
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13640317/
• 关键词: 2次元電子系; 量子ホール効果; 磁性半導体; 交換相互作用; 巨大ゼーマン分裂; 磁気抵抗; 強磁場発光; 荷電励起子

本年度の研究では、分子線エピタキシー(MBE)により、ヨウ素をドーパントとしたn型のCd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTeの変調ドープヘテロ構造を作製し、強磁場下の電気伝導ならびにフォトルミネッセンス(PL)の測定を行った。それにより磁性半導体の2次元電子系における特異な種々の物性を明らかにした。1.電気伝導測定高移動度試料の磁場中での電気伝導測定で、整数量子ホール効果による伝導率の振動を見出し、その整数占有率vの位置から、磁性2次元電子系特有の巨大ゼーマン分裂による特異な電子エネルギー構造を有することが確認された。また磁気抵抗の振舞いにおいて、非磁性の試料とは逆に低磁場域で正の磁気抵抗が現れることを見出し、クーロン相互作用に基づく伝導率の量子補正という描像で定量的解析を行った。2.発光測定上記と同じ試料において、25Tまでの強磁場下でPL測定を行い、整数占有率vの磁場位置で発光線のエネルギーおよび発光強度が規則的に振動することを見出した。特にv=1の磁場位置では、発光線の高エネルギー側への不連続な跳びが見出された。この発光線の「跳び」を様々な試料で系統的に観測し、そのMn組成、キャリア濃度に対する依存性を解析した。その結果、この発光線の起源は荷電励起子であり、この荷電励起子の解離エネルギーがv=1でのフェルミ準位の移り変わりに応じて不連続に変化することにより、発光線の「跳び」が生じるとするモデルを提唱した。またある特定のMn組成、キャリア濃度の試料では、占有率vが同じ値でありながらフェルミ準位に相当するランダウ準位が交差する、という極めて特異なエネルギー構造が実現されており、このランダウ準位の交差に伴って発光エネルギーの磁場依存性が折れ曲がりを示すことを見出した。

This year's research focuses on the preparation of n-type <1-x>Cd_xTe/Cd<1-y>_yTe modulation structures and the determination of electrical conductivity (PL) in high magnetic fields. Magnetic semiconductor and two-dimensional electron system are characterized by their unique physical properties. 1. Measurement of electrical conductivity in the magnetic field of high mobility samples, detection of vibration of integral quantum effect, detection of integral occupancy v, identification of large electron splitting characteristic of magnetic two-dimensional electron system Magnetic resistance vibration, non-magnetic sample, reverse magnetic field, positive magnetic resistance, detection, interaction, quantum correction of fundamental conductivity, quantitative analysis 2. Photoluminescence measurements are recorded on the same sample, under strong magnetic field at 25T, PL measurements are performed, integer occupancy v, magnetic field position, emission light generation, and emission intensity are observed under regular vibration. In particular, the magnetic field position of v=1 is opposite to that of the light emission line, and the light emission line is not continuous. The "jump" of the emission light is analyzed for the dependence of the sample on the measurement, composition and concentration of Mn. As a result, the origin of the emitted light is the charged excitation, the dissociation of the charged excitation is v=1, and the shift of the light level is not continuous. The specific Mn composition, concentration, and occupation of the sample are the same values. The corresponding levels are different. The magnetic field dependence of the structure is shown.

项目成果

F. Takano et al.: "Mangneto-transport of two-dimensional electron system in magnetic semiconductors heterostructure Cd(Mn)Te/(Cd,Mg)Te"Physica B. 298. 407-410 (2001)

F. Takano 等人：“磁性半导体异质结构 Cd(Mn)Te/(Cd,Mg)Te 中二维电子系统的锰电子传输”Physica B. 298. 407-410 (2001)

Y. H. Matsuda et al.: "Excitons and magneto-absorption in Cd_<1-x>Mn_xTe at 500T-fields"Physica B. 298. 416-420 (2001)

Y. H. Matsuda 等人：“500T 场下 Cd_1-x>Mn_xTe 中的激子和磁吸收”Physica B. 298. 416-420 (2001)

F. Takano et al.: "Magnetoresistance of two-dimensional electrons in modulation-doped Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe SQWs : the variation with carrier concentration"Physica E. (in press).

F. Takano 等人：“调制掺杂 Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe SQW 中二维电子的磁阻：随载流子浓度的变化”Physica E.（出版中）。

K. T. Nam et al.: "Conductivity control in nitrogen-doped p-Zn_<1-x>Mn_xTe and magneto-transport properties"Physica Status Solidi. 229. 261-264 (2002)

K. T. Nam 等人：“氮掺杂 p-Zn_<1-x>Mn_xTe 中的电导率控制和磁输运特性”Physica Status Solidi。

F. Takano et al.: "Magneto-photoluminescence and transport measurements on modulation-doped Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe single quantum wells"Physica Status Solidi. 229. 751-755 (2002)

F. Takano 等人：“调制掺杂 Cd_<1-x>Mn_xTe/Cd_<1-y>Mg_yTe 单量子阱的磁光致发光和传输测量”Physica Status Solidi。