Li(Zn,Mn)As as a new generation ferromagnet based on a I-II-V semiconductor

次世代強磁性I-II-V族半導体Li(Zn,Mn)As

Deng, Z.*; Jin, C. Q.*; Liu, Q. Q.*; Wang, X. C.*; Zhu, J. L.*; Feng, S. M.*; Chen, L. C.*; Yu, R. C.*; Arguello, C.*; 後神 達郎*; Ning, F.*; Zhang, J.*; Wang, Y.*; Aczel, A. A.*; Munsie, T.*; Williams, T. J.*; Luke, G. M.*; 掛下 照久*; 内田 慎一*; 髭本 亘  ; 伊藤 孝   ; Gu, B.; 前川 禎通; Morris, G. D.*; 植村 泰朋*

Deng, Z.*; Jin, C. Q.*; Liu, Q. Q.*; Wang, X. C.*; Zhu, J. L.*; Feng, S. M.*; Chen, L. C.*; Yu, R. C.*; Arguello, C.*; Goko, Tatsuo*; Ning, F.*; Zhang, J.*; Wang, Y.*; Aczel, A. A.*; Munsie, T.*; Williams, T. J.*; Luke, G. M.*; Kakeshita, Teruhisa*; Uchida, Shinichi*; Higemoto, Wataru; Ito, Takashi; Gu, B.; Maekawa, Sadamichi; Morris, G. D.*; Uemura, Yasutomo*

(Ga,Mn)Asは典型的な強磁性III-V族半導体として知られている。これは3価のGa原子を2価のMnで置き換えたものであるが、化学的溶解度が限られているため準安定であり、薄膜でしか製作できないものであった。また電子ドープも行うことができなかった。この困難な条件を超えるため、Masekらは理論的にI-II-V族半導体LiZnAsを提案した。この物質では原子価が等しい(Zn,Mn)の置き換えによる磁性の発現とLi濃度を過剰あるいは不足させることによるキャリアードープを独立に制御可能である。本研究では世界で初めてバルクな状態でのLi(ZnMn)Asの合成に成功した。わずかにLiを過剰にすることで、50Kまでの温度で強磁性が現れること、またp型のキャリアーを持つことが観測され、これらの結果を報告した。

In a prototypical ferromagnet (Ga,Mn)As based on a III-V semiconductor, substitution of divalent Mn atoms into trivalent Ga sites leads to severely limited chemical solubility and metastable specimens available only as thin films. The doping of hole carriers via (Ga,Mn) substitution also prohibits electron doping. To overcome these difficulties, Masek et al. theoretically proposed systems based on a I-II-V semiconductor LiZnAs, where isovalent (Zn,Mn) substitution is decoupled from carrier doping with excess/deficient Li concentrations. Here we show successful synthesis of Li(ZnMn)As in bulk materials. We reported that ferromagnetism with a critical temperature of up to 50 K is observed in nominally Li-excess compounds, which have p-type carriers.