サブミリ波ESRによる磁性半導体超構造の電子状態の研究

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III-V族半導体であるGaAsにMnをドープした時に生じる強磁性発現の機構やその電子状態の理解は磁性半導体超構造を用いたスピンエレクトロニクス実現のために必要不可欠な要素である。我々はサブミリ波ESRを用いて強磁性状態でのGaMnAsのg値が2.0であることを決定し、Mn^<2+>が主になっていることを示した。通常の低磁場のマイクロ波ESR測定では反磁場の見積もりがg値の精密な決定の障害となるが、高分解能のサブミリ波ESRを用いることにより精度良く決定出来た。さらに線形がローレンツ型になること、線幅が外部磁場に依存しないことからMnイオンのランダムな分布にも関わらず、静的な交換磁場の分布は小さく、個々のMnイオンは強く運動による先鋭化を受けていることが分かった。このことはキャリアの運動が強磁性の交換相互作用を担っているという議論を支持する結果である。さらに非絶縁体強磁性の常磁性ESR強度の経験的スケーリング則、すなわち磁気モーメント全体の内で伝導を担う部分の割合が大きいほど、強度がT_c以上で早く減少することを見いだし、この経験則をGaMnAsに適用した。その結果Mn酸化物よりも局在モーメントの割合が大きい結果を得た、これはMn^<2+>が主になっていることを支持する。さらに遠赤外分光を低波数の3cm^<-1>まで行い、系の伝導は主にホッピング伝導に依って担われており、そのホッピングは強磁性秩序によって大きな影響を受けることを見いだした。