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論文

Antiferromagnetic interaction between paramagnetic Co ions in the diluted magnetic semiconductor Zn$$_{1-x}$$Co$$_x$$O

小林 正起*; 石田 行章*; Hwang, J. I.*; 長船 義敬*; 藤森 淳*; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 小林 啓介*; 佐伯 洋昌*; et al.

Physical Review B, 81(7), p.075204_1 - 075204_7, 2010/02

AA2009-0975.pdf:0.87MB

 被引用回数:18 パーセンタイル:31.68(Materials Science, Multidisciplinary)

The magnetic properties of Zn$$_{1-x}$$Co$$_x$$O (x=0.07 and 0.10) thin films, which were homoepitaxially grown on a ZnO(0001) substrates with varying relatively high oxygen pressure, have been investigated using X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at Co 2p core-level absorption edge. The magnetic-field and temperature dependences of the XMCD intensity are consistent with the magnetization measurements, indicating that except for Co there are no additional sources for the magnetic moment, and demonstrate the coexistence of paramagnetic and ferromagnetic components in the homoepitaxial Zn$$_{1-x}$$Co$$_x$$O thin films. The analysis of the XMCD intensities using the Curie-Weiss law reveals the presence of antiferromagnetic interaction between the paramagnetic Co ions. Missing XMCD intensities and magnetization signals indicate that most of Co ions are nonmagnetic probably because they are strongly coupled antiferromagnetically with each other.

論文

Experimental observation of bulk band dispersions in the oxide semiconductor ZnO using soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy

小林 正起*; Song, G.-S.*; 片岡 隆史*; 坂本 勇太*; 藤森 淳; 大河内 拓雄*; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 山上 浩志; et al.

Journal of Applied Physics, 105(12), p.122403_1 - 122403_4, 2009/06

BB2009-1947.pdf:0.84MB

 被引用回数:9 パーセンタイル:56.61(Physics, Applied)

ZnO is one of the most promising oxide semiconductors for applications to semiconductor electronics, especially for optical devices. Their inexpensiveness and environmental safety are also advantages for practical applications. The surface electronic structure of ZnO has been investigated so far using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) in the ultraviolet ray region (less than 150 eV), although those measurements are surface sensitive. Considering their potentiality of ZnO for extensive applications, it is desired to investigate the bulk electronic structure of ZnO experimentally. In this work, we have performed soft X-ray (SX) ARPES measurements on a ZnO thin film in order to probe the bulk electronic structure. All the obtained band dispersion reflects the hexagonal Brillouin zone of ZnO, indicating we succeeded in the observation of the band dispersion of ZnO by SX-ARPES.

論文

X-ray absorption magnetic circular dichroism of (La,Ce)MnO$$_{3}$$ thin films

柳田 剛*; 斎藤 祐児; 竹田 幸治; 藤森 淳*; 田中 秀和*; 川合 知二*

Physical Review B, 79(13), p.132405_1 - 132405_4, 2009/04

AA2017-0612.pdf:0.42MB

 被引用回数:11 パーセンタイル:47.84(Materials Science, Multidisciplinary)

最近の先端半導体デバイス開発において、半導体の双極性を作り出すことは重要な技術である。理論計算は4価の陽イオンによる電子ドープマンガン酸化物の存在を予言するが、直接的な実験事実が不足しているため、強磁性の起源は議論の余地が有る。今回、我々は軟X線磁気円二色性(XMCD)測定により、(La,Ce)MnO$$_{3}$$薄膜の強磁性を調べた。実験結果は、強磁性発現は、Mn$$^{2+}$$の存在によるものでは無く、Mnの自己ドーピングによるものであることが分かった。

論文

Photoemission and X-ray absorption studies of valence states in (Ni,Zn,Fe,Ti)$$_3$$O$$_4$$ thin films exhibiting photoinduced magnetization

小林 正起*; 大木 康弘*; 滝沢 優*; Song, G. S.*; 藤森 淳; 竹田 幸治; 寺井 恒太*; 岡根 哲夫; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; et al.

Applied Physics Letters, 92(8), p.082502_1 - 082502_3, 2008/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:60.83(Physics, Applied)

By means of photoemission and X-ray absorption spectroscopy, we have studied the electronic structure of (Ni,Zn,Fe,Ti)$$_{3}$$O$$_{4}$$ thin films, which exhibits a cluster glass behavior with a spin-freezing temperature $$T_f$$ of $$sim 230$$ K and photo-induced magnetization (PIM) below $$T_f$$. The Ni and Zn ions were found to be in the divalent states. Most of the Fe and Ti ions in the thin films were trivalent (Fe$$^{3+}$$) and tetravalent (Ti$$^{4+}$$), respectively. While Ti doping did not affect the valence states of the Ni and Zn ions, a small amount of Fe$$^{2+}$$ ions increased with Ti concentration, consistent with the proposed charge-transfer mechanism of PIM.

論文

Soft X-ray magnetic circular dichroism study of weakly ferromagnetic Zn$$_{1-x}$$V$$_{x}$$O thin film

石田 行章*; Hwang, J. I.*; 小林 正起*; 竹田 幸治; 間宮 一敏*; 岡本 淳*; 藤森 伸一; 岡根 哲夫; 寺井 恒太*; 斎藤 祐児; et al.

Applied Physics Letters, 90(2), p.022510_1 - 022510_3, 2007/01

 被引用回数:20 パーセンタイル:33.56(Physics, Applied)

ワイドギャップ半導体ZnOを母体とした希薄磁性半導体は室温以上の強磁性転移温度(TC)が存在する可能性があるとして注目されている。Zn$$_{1-x}$$V$$_{x}$$OはTCが400K以上にあることが報告されたが、一方でその後の研究では強磁性的なふるまいが観測されないとの報告もある。本研究では磁化測定で350K以上で強磁性的ふるまいが観測されている試料に対して、軟X線磁気円二色性(XMCD)測定を行いV元素だけの磁性を調べた。XMCDの磁場依存性測定の結果から、得られたXMCDシグナルの9割程度は常磁性的なふるまいを示すが、弱い強磁性の存在を確認できた。また吸収スペクトルとXMCDスペクトルの形状とクラスター計算との比較からVイオンはZnに置換された2価であり、わずかにc軸方向に伸びた四配位であることがわかった。

論文

Characterization of magnetic components in the diluted magnetic semiconductor Zn$$_{1-x}$$Co$$_x$$O by X-ray magnetic circular dichroism

小林 正起*; 石田 行章*; Hwang, J. I.*; 溝川 貴司*; 藤森 淳*; 間宮 一敏*; 岡本 淳*; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; et al.

Physical Review B, 72(20), p.201201_1 - 201201_4, 2005/11

 被引用回数:130 パーセンタイル:3.06(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性を示す$$n$$型希薄磁性半導体Zn$$_{1-x}$$Co$$_{x}$$O(x=0.005)において、X線吸収,X線磁気円二色(XMCD),光電子分光実験を行った。XMCDスペクトルは、酸素四面体配位下のCo$$^{2+}$$イオンの特徴を反映したものであった。これはZn$$_{1-x}$$Co$$_{x}$$Oにおける強磁性がZnサイトを置換したCo$$^{2+}$$イオンによって生ずることを意味している。XMCD強度の磁場及び温度依存性から、非強磁性のCoイオンは強く反強磁性結合していることが示唆される。

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