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強磁性半導体のMCD（協力研究）
藤森 淳
・ ２００３A報告 Zn1-xCoxO, Zn1-xVxO, Ga1-xMnxN
・ ２００４A予定 Zn1-xCoxO, Zn1-xVxO, Zn1-xCrxTe
２０００A報告
Zn1-xCoxO、 Zn1-xVxO
• 80 K, 2 TににおけるMCDの測定
⇒全体（～常磁性成分）のXASと強磁性成分のMCD
⇒強磁性Co、Vの価数、スピン状態、結晶場の決定
Ga1-xMnxN
• 80 K, 2 TににおけるMCDの測定
⇒常磁性成分のXAS、MCD
⇒Mn2+の価数、スピン状態の確認
High-temperature ferromagnetism
in Zn1-xCoxO
Reduction -> n-type doping -> ferromagnetism
TC ~ 300 K !
small moment
K. Ueda, H. Tabata, T. Kawai, APL. ‘01
Co 2p core-level XAS and MCD of Zn1-xCoxO
Co2+
MCD intensity
~several % of total Co ions
magnetic impurities
such as spinel ?
M. Kobayashi et al.
Co 2p core-level MCD of Zn1-xCoxO
Calc: Mobs/Mspin = 0.56
Calc: Mobs/Mspin = 0.21
Expt: Mobs/Mspin = 0.28
V 3d
t2
e
10Dq < 0
10Dq > 0
e
Td symmetry ?
t2
Oh symmetry ?
e.g. spinel
M. Kobayashi et al.
A. Tanaka
High-temperature ferromagnetism
in Zn1-xVxO
Reduction -> n-type doping -> ferromagnetism
TC >> 300 K !
small moment
H. Saeki, H. Tabata, T. Kawai, Solid St. Commun. ‘01
V 2p core-level XAS and MCD of Zn1-xVxO
0.6
-
 (-2 Tesla)
Zn0.95V0.05O
T = 20 K
+
 (+2 Tesla)
20
0.2
V2+
+
V L2
V L3
-
10

0
0
-3
+/-
30
 - x10
 (10-3)
(arb. units)
0.4
MCD intensity
~several % of total V ions
-0.2
+
-
 -  (MCD)
-10
-0.4
510
515
520
525
magnetic impurities ?
530
Photon energy (eV)
Y. Ishida et al.
V 2p core-level MCD of Zn1-xVxO
V3+(d2) 10Dq = +0.7 eV
V2+(d3) 10Dq = +0.7 eV
V3+(d2) 10Dq = -0.7 eV, D = +0.1 eV
V2+(d3) 10Dq = -0.7 eV, D = -0.1 eV
V2+(d3) 10Dq = -0.7 eV, D = +0.1 eV
Expt.
e
V 3d
10Dq > 0
t2
Oh symmetry ?
e.g. spinel
t2
ep
D > 0 or
10Dq < 0
a1
a1
D<0
ep
?
?
e
Td symmetry
Uniaxial distortion
10Dq = -0.7 eV
Y. Ishida et al.
A. Tanaka
２０００A報告
Zn1-xCoxO、 Zn1-xVxO
• 80 K, 2 TににおけるMCDの測定
⇒全体（～常磁性成分）のXASと強磁性成分のMCD
⇒強磁性Co、Vの価数、スピン状態、結晶場の決定
Ga1-xMnxN
• 80 K, 2 TににおけるMCDの測定
⇒常磁性成分のXAS、MCD
⇒Mn2+の価数、スピン状態の確認
Mn 2p core-level XAS and MCD of Ga1-xMnxN
morb ~ 0.0 B/atom (d5)
mspin ~ 0.14 B/atom ~ 3 %
magnetization
2 T, 80 K
x
T. Kondo et al.
Zn1-xCoxO、 Zn1-xVxO予定
• 低温・強磁場から高温・低磁場におけるMCDの測定
⇒強磁性成分MCDと常磁性成分MCDの分離
Magnetization ( B/Co)
– 測定温度＝30, 60,120,240 K ?
0.6
[email protected]_ZFC
[email protected]_FC
0.5
M at 80K, 2T ~ 0.35 (B/Co)
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
100
200
300
Temperature (K)
Zn1-xCrxTe予定
H. Saito et al., PRL 90, 207202 (2003)
• XAS, MCDの測定
⇒Crの価数、結晶場、スピン状態の決定
強磁性成分MCDと常磁性成分MCDの分離