コランダム型構造酸化物による新しい混晶系の創成とその応用探索

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コランダム構造酸化物には様々な物性を示すものが多く、その混晶は魅力的である。これまで固溶限が大きいα-(Ga, Fe)_2O_3薄膜が、金属間化合物等の析出物や混晶における元素の濃度分布の偏りが無く、さらに300Kで磁化のヒステリシスカーブを示す事を報告してきた。これらの結果から、α-(Ga, Fe)_2O_3が真の磁性半導体である可能性が高いが、その磁化発現機構を解明するための電子状態、また実用デバイスへの応用上重要である電子輸送特性について評価を行わなかった。そこで、物質材料機構の上田茂典博士、大阪府立大学の山田幾也講師ご協力のもと、Spring-8のBL15XUラインでの硬X線光電子分光(HAXPES)手法を用いて、電子状態評価を行った。その結果、α-(Ga, Fe)_2O_3の磁化発現がFe金属の析出由来では無い事、α-(Ga, Fe)_2O_3薄膜中のFeイオンは3価で存在している事が示俊され、GaサイトにFeイオンが置換固溶しており、またFeOやFe_3O_4等の磁性酸化物が含まれておらず、これらの磁性酸化物が強磁性発現の原因でない事が示された。さらに、α-(Ga, Fe)_2O_3について、フランスVersailles大学のYves Dumont教授、Ekaterina Chikoidze研究員のご協力のもと、Hall効果装置を用いて電子輸送特性を測定したところ、移動度がμ=7.8cm^2/Vs、キャリア密度がn=8.9×10^<14>cm_<-3>を示し、磁性半導体として比較的高い移動度を示した。さらに、磁気モーメントの磁場強度依存性を測定したところ350Kまでヒステリシスループが確認され、キュリー点が350Kを超えている事を確認した。これらの結果から、α-(Ga, Fe)_2O_3は室温以上の温度で強磁性を示す磁性半導体であり、室温動作が可能である事から応用可能性の高さを示す事ができた。