光電子分光及び磁気円二色性を用いた希薄磁性半導体の物性研究

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強磁性希薄磁性半導体はスピントロニクスの分野おいて注目を集めている。今回、我々は強磁性発現機構の解明を目指し、室温での強磁性が報告されている系であるZn1-xCoxOにおいて、電子構造を光電子分光及びX線磁気円二色性(XMCD)を用いて調べた。、また、母体物質であるZnOを角度分解光電子分光(ARPES)で調べた。Zn1-xCoxOは本質的な強磁性半導体として注目を集める物質である。強磁陸についての知見を得るために、成長条件の異なるZn1-xCoxO薄膜試料においてXMCD実験を行った。全ての試料においてXMCDスペクトル形状はZnサイトを置換したCo2+であることを示した。XMCDスペクトルの磁場及び温度依存性は常磁性的であり、CoイオンがZnサイトを置換したとしても必ずしも強磁性を示すわけではないことを示唆した。この原因としてCoイオンの最近接や最々近接にいるイオンの影響が考えられる。高真空中でのアニールを施したところ、XMCDの帯磁率並びに飽和強度.が減少した。アニール前後で化学ポテンシャルが変化していないことから、磁化の減少は欠損に関連していないと考えられる。これらの結果から、Zn1-xCoxOにおいて隣り合うCo間には反強磁性的な相互作用があり、スピノーダル分解が磁性に影響を与えると結論した。磁性半導体の電子状態を理解する上で、母体物質の電子状態を知ることは重要である。電子構造を議論する上で価電子帯のバンド分散を調べることが必要と考え、ZnOにおいて軟X線を用いたARPES実験を行った。我々は、表面処理を施したZnOにおいて、表面ではなく、バルクのバンド分散の観測に成功した。この実験結果は、半導体の電子構造を実験的に決定できることを示唆しており、半導体の電子構造研究をさらに促進させるものであると確信する。