鉄をドープした強磁性半導体の電子構造と強磁性発現機構の解明

阐明铁掺杂铁磁半导体的电子结构和铁磁性表达机制

基本信息

  • 批准号:
    17J04651
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2017-04-26 至 2019-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では、Feをドープした新しい強磁性半導体の電子構造と強磁性発現の機構を解明することを目的とした。従来までのMnをベースとした強磁性半導体は、p型の電気伝導しか実現できないことや、強磁性転移温度が室温より低いという問題を抱えていた。Feをドープした系では、p型だけでなく、n型や絶縁的な強磁性半導体が実現できる。また、(Ga,Fe)Sbや(In,Fe)Sbといった物質で、室温より高い強磁性転移温度が報告され注目を集めている。2017年度は、これまでに研究してきた(In,Fe)As:Be、Ge:Feに加え、(Ga,Fe)Sbと(Al,Fe)Sbに対してX線磁気円二色性(XMCD)、共鳴光電子分光実験を行った。さらに第一原理計算も系統的に行った。共鳴光電子分光の実験では、Feの2p-3d吸収端において大きなオージェピークが観測され、Feの3d電子が遍歴性を持つことがわかった。またフェルミ準位においても、光電子スペクトルの共鳴増大が観測され、Feの3d状態がフェルミ準位に存在することがわかった。XMCD実験では、Feの2p-3d吸収端において大きなXMCD信号が観測され、この物質の磁性がFeに由来することが確認された。XMCDから求めた磁化は強磁性転移温度以上でも磁場に強く応答し、高温でもナノスケールの強磁性領域が存在することが明らかになった。この原因はFe原子が空間的に不均一に分布しているためと考えられる。第一原理計算からは、Feが3価であるという当初の予想に反し、Feの3d電子数が6であることが示唆された。これは、Sb系の半導体の価電子帯のエネルギーが高いために、電子が価電子帯に存在するより、3d軌道を占有した方がエネルギー的に安定であるためと考えらえる。また、このような状況で特に高い強磁性転移温度が実現していることから、この6つ目の電子が強磁性発現の鍵であると結論した。
This study で は, Fe を ド ー プ し た new し い strong magnetic semiconductor と の electronic structure strong magnetic 発 の institutions now を interpret す る こ と を purpose と し た. 従 to ま で の Mn を ベ ー ス と し た strong magnetic semiconductor は, p type の electric 気 伝 guide し か be presently で き な い こ と や, strong planning move temperature が room temperature magnetic よ り low い と い う problem を embrace え て い た. Department of Fe を ド ー プ し た で は, p type だ け で な く, n-type や never try な strong magnetic semiconductor が be presently で き る. ま た, (Ga, Fe) Sb や (In, Fe) Sb と い っ た material で, room temperature よ り high い strong magnetic planning move temperature が report さ れ attention を set め て い る. 2017 annual は, こ れ ま で に research し て き た (In, Fe) As: Be, Ge: Fe に え, (Ga, Fe) Sb と (Al, Fe) Sb に し seaborne て X-ray magnetic 気 has drifted back towards ¥ dichroism (XMCD), resonance photoelectron spectroscopic Be 験 を line っ た. Youdaoplaceholder0 first principles calculate に rows った of the さらに system. Resonance photoelectron spectroscopic の be 験 で は, Fe の 2 p - 3 d suction 収 に お い て big き な オ ー ジ ェ ピ ー ク が 観 measuring さ れ, Fe の 3 d electronic が time phase and sexual を hold つ こ と が わ か っ た. ま た フ ェ ル ミ quasi a に お い て も, photoelectron ス ペ ク ト ル の resonance raised large が 観 measuring さ れ, Fe の 3 d state が フ ェ ル ミ must exist a に す る こ と が わ か っ た. XMCD be 験 で は, Fe の 2 p - 3 d suction 収 に お い て big き な XMCD signal が 観 measuring さ れ, こ の material の magnetic が Fe に origin す る こ と が confirm さ れ た. XMCD か ら o め た magnetization は strong magnetic planning move temperature above で も strong magnetic field に く 応 answer し, high-temperature で も ナ ノ ス ケ ー ル の が strong magnetic field exists す る こ と が Ming ら か に な っ た. The main reason for えられる is the に non-uniform に distribution of Fe atoms in the が space and the えられる て るためと るためと るためと examination of えられる. First principles calculation か ら は, Fe 3 価 が で あ る と い の to う thinking に し, Fe の 3 d electronic number 6 で が あ る こ と が in stopping さ れ た. こ れ は, Sb is の semiconductor の 価 electronic 帯 の エ ネ ル ギ ー が high い た め に, electronic が 価 electronic 帯 に exist す る よ り, 3 d orbital を occupies し た party が エ ネ ル ギ ー に stability で あ る た め と exam え ら え る. ま た, こ の よ う な condition で に い tall strong magnetic planning move temperature が be presently し て い る こ と か ら, こ の 6 つ mesh の が strong magnetic 発 is の key で あ る と conclusion し た.

项目成果

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Soft x-ray spectroscopy and first-principles calculation studies of the electronic structure of the novel high-TC ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb
新型高TC铁磁半导体(Ga,Fe)Sb电子结构的软X射线能谱和第一性原理计算研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Sakamoto;N. Tu;Y. Takeda;S. Fujimori;P. Hai;L. Anh;Y. K. Wakabayashi;G. Shibata;M. Horio;K. Ikeda;Y. Saitoh;H. Yamagami;M. Tanaka;and A. Fujimori
  • 通讯作者:
    and A. Fujimori
Electronic structure and magnetic properties of magnetically dead layers in epitaxial CoF e 2 O 4 /A l 2 O 3 /Si (111 ) films studied by x-ray magnetic circular dichroism
  • DOI:
    10.1103/physrevb.96.104410
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Y. Wakabayashi;Y. Nonaka;Y. Takeda;S. Sakamoto;K. Ikeda;Z. Chi;G. Shibata;A. Tanaka;Y. Saitoh;H. Yamagami;Masaaki Tanaka;A. Fujimori;R. Nakane
  • 通讯作者:
    Y. Wakabayashi;Y. Nonaka;Y. Takeda;S. Sakamoto;K. Ikeda;Z. Chi;G. Shibata;A. Tanaka;Y. Saitoh;H. Yamagami;Masaaki Tanaka;A. Fujimori;R. Nakane
Magnetic anisotropy of L10-ordered FePt thin films studied by Fe and Pt L2,3-edges x-ray magnetic circular dichroism
利用Fe和Pt L2,3边X射线磁圆二色性研究L10有序FePt薄膜的磁各向异性
  • DOI:
    10.1063/1.4993077
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    K. Ikeda;T. Seki;G. Shibata;T. Kadono;K. Ishigami;Y. Takahashi;M. Horio;S. Sakamoto;Y. Nonaka;M. Sakamaki;K. Amemiya;N. Kawamura;M. Suzuki;K. Takanashi;and A. Fujimori
  • 通讯作者:
    and A. Fujimori
コロンビア大学(米国)
哥伦比亚大学(美国)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
中国科学院(中国)
中国科学院(中国)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    武田 崇仁;坂本 祥哉;レ デゥック アイン;竹田 幸治;藤森 伸一;北村 未歩;堀場 弘司;組頭 広志;藤森 淳;田中 雅明;小林 正起
  • 通讯作者:
    小林 正起

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    23K26526
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 1.34万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 1.34万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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