(57)【要約】本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加して、前記半導体の一部の元素を前記２種類以上の磁性元素で置換することにより作製される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加して、前記半導体の一部の元素を前記２種類以上の磁性元素で置換することにより作製される反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項２】
添加する磁性元素は２種類であって、一方の磁性元素が有するｄ電子数と他方の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である請求の範囲第１項に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項３】
前記２種類の磁性元素は、ＴｉとＮｉ、ＶとＣｏ、ＣｒとＦｅ、ＴｉとＦｅ、ＴｉとＣｏ、ＶとＦｅ、ＶとＮｉ、ＣｒとＣｏ、ＣｒとＮｉ、ＦｅとＣｏ、ＭｎとＦｅ、ＭｎとＣｏ、ＶとＭｎ、及びＣｒとＭｎの群より選ばれた何れか１つの組合せである請求の範囲第２項に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項４】
添加する磁性元素は３種類であって、２種類の磁性元素がそれぞれ有するｄ電子数の総数と該２種類の磁性元素以外の１種類の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である請求の範囲第１項に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項５】
前記３種類の磁性元素は、ＴｉとＶとＮｉ、ＴｉとＶとＣｏ、ＴｉとＮｉとＣｏ、ＶとＮｉとＣｏ、ＣｒとＭｎとＣｏ、及びＶとＭｎとＦｅの群より選ばれた何れか１つの組合せである請求の範囲第４項に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項６】
前記半導体は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体或いはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であって、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のＩＩ族元素或いはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＩＩＩ族元素を前記磁性元素で置換する請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項７】
前記半導体は、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、及びＩｎＰの群より選ばれた何れか１種の化合物半導体である請求の範囲第６項に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項８】
前記半導体は、カルコパイライト型の結晶構造を有するＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体或いはＩＩ−ＶＩ−Ｖ族化合物半導体であって、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のＩＩＩ族元素或いはＩＩ−ＶＩ−Ｖ族化合物半導体のＩＩ族元素を前記磁性元素で置換する請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項９】
前記半導体は、ＣｕＡｌＳ２、ＡｇＣａＳ２、ＣｄＧｅＰ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＧｅＡｓ２、及びＡｇＧａＳ２の群より選ばれた何れか１種の化合物半導体である請求の範囲第８項に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項１０】
前記半導体は、酸化物半導体である請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項１１】
基板上に半導体薄膜を成長させると同時に、ｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加する反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、反強磁性を有し、且つ、上向き電子スピン状態及び下向き電子スピン状態の一方の電子スピン状態で金属としての性質を示すのに対して他方の電子スピン状態で絶縁体或いは半導体としての性質を示すハーフメタリックな反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】  従来、強磁性を有するハーフメタリック磁性体（以下、ハーフメタリック強磁性体という）としては、ホイスラー合金、ペロブスカイト型マンガン酸化物、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ、希薄磁性半導体等が知られている。近年、電子の電荷とスピンを利用した半導体材料、即ちスピントロニクス材料の研究が進められており、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び希薄磁性半導体はスピントロニクス材料に含まれる。希薄磁性半導体としては、例えば（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓや（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓが知られている。
これに対し、反強磁性を有するハーフメタリック磁性体（以下、ハーフメタリック反強磁性体という）は、１９９５年にド・グルート達によって存在の可能性が指摘され（Ｈ．ｖａｎ  Ｌｅｕｋｅｎ  ａｎｄ  ｄｅ  Ｇｒｏｏｔ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７４（１９９５）１１７１）、その後、ピケットによって電子状態計算からダブルペロフスカイト構造を有するＬａ２ＶＣｕＯ６及びＬａ２ＭｎＶＯ６が提案された（Ｗ．Ｐｉｃｋｅｔ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７７（１９９６）３１８５）。
しかしながら、ピケットによって提案されたハーフメタリック反強磁性体は、遷移金属酸化物をベースとした金属間化合物であって、半導体をベースとしたスピントロニクス材料ではない。スピントロニクス材料としてのハーフメタリック反強磁性体については、提案された事実も製造された事実もない。
そこで本発明の目的は、反強磁性を有し、且つハーフメタリックな新規なスピントロニクス材料である反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法を提供することである。
【発明の開示】
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加して、前記半導体の一部の元素を前記２種類以上の磁性元素で置換することにより作製される。
第１の具体的構成において、添加する磁性元素は２種類であって、一方の磁性元素が有するｄ電子数と他方の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である。具体的には、前記２種類の磁性元素は、ＴｉとＮｉ、ＶとＣｏ、ＣｒとＦｅ、ＴｉとＦｅ、ＴｉとＣｏ、ＶとＦｅ、ＶとＮｉ、ＣｒとＣｏ、ＣｒとＮｉ、ＦｅとＣｏ、ＭｎとＦｅ、ＭｎとＣｏ、ＶとＭｎ、及びＣｒとＭｎの群より選ばれた何れか１つの組合せである。尚、Ｍｎのｄ電子数は、母体となる半導体や組み合わせる磁性元素によって、５より少なくなり、或いは５より多くなる。
上述の如く半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加することによって反強磁性及びハーフメタリックが発現する理由は次のように考えられる。以下の説明では、２種類の磁性元素をＶ及びＣｏとする。
図２２及び図２３はそれぞれ、ＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線、及びＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わしている。又、図２４及び図２５はそれぞれ、ＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線、及びＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わしている。図中の縦軸はエネルギーの大きさを表わしており、縦軸よりも左側の曲線が上向きスピン電子の状態密度、右側の曲線が下向きスピン電子の状態密度を表わしている。又、図中の斜線のハッチングはｄ軌道に電子が収容されていることを表わしている。
ＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合には、図２２に細線の矢印で示す如く、Ｖ及びＣｏの上向きスピン電子及び下向きスピン電子がそれぞれ、ＶとＣｏの間で電子数に応じたエネルギー差を有する２つの状態を移動してＶとＣｏが結合し、結合後の上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、図２３に示す曲線で表わされる。このとき、電子のエネルギーは全体として僅かに低下する。この様に、ＶとＣｏが互いに磁気モーメントを平行に揃えて結合する強磁性的結合は、超交換相互作用により電子のエネルギーが低下して安定すると考えられる。
これに対し、ＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、図２４に細線の矢印で示す如く、ＶとＣｏの上向きスピン電子がＶとＣｏの間でエネルギー差のない２つの状態を移動してＶとＣｏが結合し、結合後の上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、図２５に示す曲線で表わされる。このとき、電子のエネルギーは全体として低下する。この様に、ＶとＣｏが互いに磁気モーメントを反平行に揃えて結合する反強磁性的結合は、二重交換相互作用により電子のエネルギーが低下して安定すると考えられる。
一般に二重交換相互作用は超交換相互作用よりも強い。従って、強磁性的結合よりも反強磁性的結合が安定であり、ＶとＣｏは互いに磁気モーメントを反平行に揃えて結合すると考えられる。ここで、Ｖのｄ電子数とＣｏの正孔数は共に３つと同じであるので、ＶとＣｏの磁気モーメントが互いに打ち消しあって反強磁性が発現することになると考えられる。
又、図２２に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合には、ＶとＣｏの上向きスピン電子のエネルギー差、及びＶとＣｏの下向きスピン電子のエネルギー差は比較的小さいため、Ｖ及びＣｏの上向きスピン電子及び下向きスピン電子がそれぞれＶとＣｏの間を移動して、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、上述の如く図２３に示す曲線で表わされることになる。図示の如く、フェルミエネルギーＥＦ付近での上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもゼロより大きくなり、ハーフメタリックは発現しないと考えられる。
これに対し、図２４に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、ＶとＣｏの下向きスピン電子のエネルギー差が大きいためにＶとＣｏの間で下向きスピン電子の移動が起こり難く、上向きスピン電子のみがＶとＣｏの間を移動して、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、上述の如く図２５に示す曲線で表わされることになる。図示の如く、下向きスピン電子の状態密度はゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーＥＦが存在することとなる一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギーＥＦ付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックが発現することになると考えられる。
上述の如く反強磁性及びハーフメタリックが発現することは、第１原理電子状態計算により確認されている。
尚、２種類の磁性元素の内、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が同じである場合には上述の如く反強磁性が発現するが、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が完全に同じではなく略同じである場合には、２種類の磁性元素の磁気モーメントの大きさが僅かに異なるため、全体として僅かに磁性を有するフェリ磁性が発現することになると考えられる。本願明細書においては、「反強磁性」に、僅かに磁性を有する「フェリ磁性」が含まれるものとする。
又、第２の具体的構成において、添加する磁性元素は３種類であって、２種類の磁性元素がそれぞれ有するｄ電子数の総数と該２種類の磁性元素以外の１種類の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である。具体的には、前記３種類の磁性元素は、ＴｉとＶとＮｉ、ＴｉとＶとＣｏ、ＴｉとＮｉとＣｏ、ＶとＮｉとＣｏ、ＣｒとＭｎとＣｏ、及びＶとＭｎとＦｅの群より選ばれた何れか１つの組合せである。
上記具体的構成においては、３種類の磁性元素の内、２種類の磁性元素は互いに磁気モーメントを平行に揃えて強磁性的に結合し、該２種類の磁性元素と他の１種類の磁性元素は互いに磁気モーメントを反平行に揃えて反強磁性的に結合する。ここで、２種類の磁性元素がそれぞれ有するｄ電子の総数と該２種類の磁性元素以外の１種類の磁性元素が有する正孔数が同じ或いは略同じであるので、２種類の磁性元素を添加する第１の具体的構成と同様に、反強磁性が発現することになる。
３種類の磁性元素がＴｉとＶとＮｉである場合、ＴｉとＶは強磁性的に結合する一方、Ｔｉ及びＶとＮｉは反強磁性的に結合し、ＴｉとＶとＣｏである場合には、ＴｉとＶは強磁性的に結合する一方、Ｔｉ及びＶとＣｏは反強磁性的に結合する。又、ＴｉとＮｉとＣｏである場合には、ＮｉとＣｏは強磁性的に結合する一方、ＴｉとＮｉ及びＣｏは反強磁性的に結合し、ＶとＮｉとＣｏである場合には、ＮｉとＣｏは強磁性的に結合する一方、ＶとＮｉ及びＣｏは反強磁性的に結合する。更に、３種類の磁性元素がＣｒとＭｎとＣｏである場合、ＣｏとＭｎは強磁性的に結合する一方、Ｃｏ及びＭｎとＣｒは反強磁性的に結合し、３種類の磁性元素がＶとＭｎとＦｅである場合、ＶとＭｎは強磁性的に結合し、Ｖ及びＭｎとＦｅは反強磁性的に結合する。
上述の如く、本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法によれば、反強磁性を有し、且つハーフメタリックである新規なスピントロニクス材料を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】  図１は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｆｅ０．０５）Ｓで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図２は、上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図３は、上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図４は、Ｃｒ及びＦｅの濃度と反強磁性転移温度の関係を表わすグラフである。
図５は、組成式（Ｚｎ０．９Ｖ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｓで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図６は、上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図７は、上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図８は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図９は、上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１０は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｆｅ０．０５）Ｓｅで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１１は、上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１２は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｆｅ０．０５）Ｏで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１３は、組成式Ｃｕ（Ａｌ０．９Ｖ０．０５Ｍｎ０．０５）Ｓ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１４は、上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１５は、上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１６は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｃｏ０．０２５）Ｓで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１７は、上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１８は、上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図１９は、組成式（Ｔｉ０．９Ｍｎ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図２０は、組成式（Ｔｉ０．９Ｆｅ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図２１は、組成式（Ｔｉ０．９Ｃｒ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
図２２は、ＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線を表わす図である。
図２３は、上記場合にＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わす図である。
図２４は、ＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線を表わす図である。
図２５は、上記場合にＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わす図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、半導体の一部の元素がｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素で置換されているものである。
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、基板上に母体となる半導体薄膜を成長させると同時に、ｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を数％ずつ添加して作製される。
母体となる半導体としては、例えばＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、カルコパイライト型の結晶構造を有するＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、カルコパイライト型の結晶構造を有するＩＩ−ＶＩ−Ｖ族化合物半導体、酸化物半導体等が採用される。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体としては、例えばＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等が採用可能であり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ等が採用可能である。又、カルコパイライト型Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体としては、例えばＣｕＡｌＳ２、ＡｇＣａＳ２、ＡｇＧａＳ２等が採用可能であり、カルコパイライト型ＩＩ−ＶＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＣｄＧｅＰ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＧｅＡｓ２等が採用可能である。更に、酸化物半導体としては、例えばＴｉＯ２が採用可能である。
又、薄膜成長方法としては、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、レーザＭＢＥ法、低温ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等、周知の薄膜成長方法を採用することが可能である。尚、基板上に半導体薄膜としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合には、低温ＭＢＥ法を採用することが望ましい。
更に、添加する磁性元素は、２種類の遷移金属元素であって、一方の磁性元素が有するｄ電子数と他方の磁性元素が有する正孔数とが同数或いは略同数である。２種類の遷移金属元素は、例えばＴｉとＮｉ、ＶとＣｏ、ＣｒとＦｅ、ＴｉとＦｅ、ＴｉとＣｏ、ＶとＦｅ、ＶとＮｉ、ＣｒとＣｏ、ＣｒとＮｉ、ＦｅとＣｏ、ＭｎとＦｅ、ＭｎとＣｏ、ＶとＭｎ、及びＣｒとＭｎの群から選ばれた１つの組合せである。又、３種類の遷移金属元素を用いることも可能であって、３種類の遷移金属元素は、例えばＴｉとＶとＮｉ、ＴｉとＶとＣｏ、ＴｉとＮｉとＣｏ、ＶとＮｉとＣｏ、ＣｒとＭｎとＣｏ、及びＶとＭｎとＦｅの群より選ばれた１つの組合せである。
上述の製造方法によれば、半導体薄膜が成長する過程で該半導体薄膜の一部の元素が２種類以上の磁性元素で置換されて、反強磁性を有し、且つハーフメタリックな反強磁性ハーフメタリック半導体が得られる。
半導体薄膜として、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体薄膜を成長させた場合には、ＩＩ族元素が磁性元素で置換され、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体薄膜を成長させた場合には、ＩＩＩ族元素が磁性元素で置換される。又、カルコパイライト型Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体薄膜を成長させた場合には、ＩＩＩ族元素が磁性元素で置換され、カルコパイライト型ＩＩ−ＶＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させた場合には、ＩＩ族元素が磁性元素で置換される。
反強磁性及びハーフメタリックが発現する理由は次のように考えられる。以下の説明では、２種類の磁性元素をＶ及びＣｏとする。
即ち、図２２に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合には、超交換相互作用によって強磁性的結合が安定すると考えられる一方、図２４に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、二重交換相互作用によって反強磁性的結合が安定すると考えられる。一般に二重交換相互作用は超交換相互作用よりも強い。従って、強磁性的結合よりも反強磁性的結合が安定であり、ＶとＣｏは互いに磁気モーメントを反平行に揃えて結合すると考えられる。ここで、Ｖのｄ電子数とＣｏの正孔数は共に３つと同じであるので、ＶとＣｏの磁気モーメントが互いに打ち消しあって反強磁性が発現することになると考えられる。
又、図２４に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、ＶとＣｏの下向きスピン電子のエネルギー差が大きいためにＶとＣｏの間で下向きスピン電子の移動が起こり難く、上向きスピン電子のみがＶとＣｏの間を移動して、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は図２５に示す曲線で表わされることになる。図示の如く、下向きスピン電子の状態密度はゼロとなってバンドキャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーＥＦが存在することとなる一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギーＥＦ付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックが発現することになると考えられる。
反強磁性及びハーフメタリックが発現することは、第１原理電子状態計算により確認されている。
尚、２種類の磁性元素の内、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が同じである場合には上述の如く反強磁性が発現するが、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が完全に同じではなく略同じである場合には、２種類の磁性元素の磁気モーメントの大きさが僅かに異なるため、全体として僅かに磁性を有するフェリ磁性が発現することになると考えられる。例えば、（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｓはフェリ磁性を有するものとなるが、ＣｒとＣｏの濃度を調整することによって、反強磁性を有するものを得ることが出来る。
又、３種類の遷移金属元素が用いられる場合には、３種類の遷移金属元素の内、２種類の遷移金属元素がそれぞれ有するｄ電子数の総数と該２種類の遷移金属元素以外の１種類の遷移金属元素が有する正孔数とが同数或いは略同数となる様、３種類の遷移金属元素の濃度が調整され、これによって反強磁性を有する半導体を得ることが出来る。例えば、（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｃｏ０．０２５）Ｓは、ＺｎＳにＣｒを５％、ＭｎとＣｏを２．５％ずつ添加することによってＭｎとＣｏのｄ電子数の総数とＣｒの正孔数が同数となり、反強磁性を有するものとなる。又、（Ｚｎ０．９Ｖ０．０２５Ｍｎ０．０２５Ｆｅ０．０５）Ｓは、ＺｎＳにＦｅを５％、ＭｎとＶを２．５％ずつ添加することによってＭｎとＦｅのｄ電子数の総数とＶの正孔数が同数となり、反強磁性を有するものとなる。
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、外部磁場の影響を受けない反強磁性を有しているので、外部磁場の影響を受ける強磁性スピントロニクス材料とは異なるデバイスへの応用が期待される。例えば、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、センサー、スピン注入素子、光磁気デバイス、スピントランジスタ、スピンＦＥＴ、単一スピン超伝導体等への応用が考えられる。又、本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体はハーフメタリックであるので、半導体スイッチング素子に応用した場合には、高いスイッチング速度を得ることが出来る。
【実施例】第１実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｆｅ０．０５）Ｓで表わされ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＳのＩＩ族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＦｅで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳ薄膜を成長させると同時に、ＣｒガスとＦｅガスを基板に向けて照射してＣｒ及びＦｅを５％ずつ添加する。このとき、基板温度は例えば１５０〜２００℃、Ｚｎ分子線のビーム圧力は例えば２．５×１０−５〜８×１０−５Ｐａ、Ｓ分子線のビーム圧力は例えば１．５×１０−４〜１２×１０−４Ｐａに設定される。又、Ｃｒ及びＦｅのガス圧は、例えば２．５×１０−６〜１５×１０−６Ｐａに設定される。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１原理電子状態計算を行なった。ここで、第１原理電子状態計算の手法としては、ＫＫＲ（Ｋｏｒｒｉｎｇａ−Ｋｏｈｎ−Ｒｏｓｔｏｋｅｒ）法（グリーン関数法とも呼ばれる）と、ＣＰＡ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ−Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ：コヒーレント・ポテンシャル近似）法と、ＬＤＡ（Ｌｏｃａｌ−Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ：局所密度近似）法とを組み合わせた公知のＫＫＲ−ＣＰＡ−ＬＤＡ法を採用した。
図１乃至図３はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態、及び局所磁気モーメントの向きが不規則なスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図３は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図１に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している。一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。この様に、下向きスピン電子の状態は半導体としての性質を表わす一方、上向きスピン電子の状態は金属としての性質を表わしており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、強磁性状態では、図２に実線で示す如く、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、スピングラス状態でも、図３に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、上述の状態密度曲線から、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性状態から常磁性状態に移行する反強磁性転移温度（ネール温度）を計算すると４４５Ｋであった。ここで、反強磁性転移温度は、強磁性状態から常磁性状態に移行する強磁性転移温度（キュリー温度）を算出する公知の方法と同様に、スピングラス状態と反強磁性状態とのエネルギー差から平均場近似によって算出した。
更に又、Ｃｒ及びＦｅの濃度を変化させて、各濃度での反強磁性転移温度を算出した。図４は、反強磁性転移温度の算出結果を表わしている。図中のプロットは、（Ｚｎ１−ｘＣｒｘ／２Ｆｅｘ／２）Ｓで表わされる組成式中のｘが０．０２、０．０４、０．０６、０．０８、０．１０であるときの反強磁性転移温度の算出値を表わしており、曲線は、これらのプロットを近似曲線で結んだものである。図示の如く、ｘが０．０２以上で２７３Ｋ（＝０℃）以上の反強磁性転移温度が得られている。
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、上述の如く、室温以上の高い反強磁性転移温度（４４５Ｋ）を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
第２実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｚｎ０．９Ｖ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｓで表わされ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＳのＩＩ族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＶとＣｏで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳ薄膜を成長させると同時に、ＶとＣｏを５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図５乃至図７はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＶの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図７は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図５に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、強磁性状態では、図６に実線で示す如く、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、スピングラス状態でも、図７に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、上述の状態密度曲線から、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性転移温度を計算すると３４９Ｋであった。この様に、本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、室温以上の高い反強磁性転移温度を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
第３実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏで表わされ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＯのＩＩ族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＣｏで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＯ薄膜を成長させると同時に、ＣｒとＣｏを５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図８及び図９はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図９は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図８に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、スピングラス状態では、図９に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。尚、強磁性状態でも、ハーフメタリックは発現しないことを確認した。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性転移温度を計算すると４８４Ｋであった。この様に、本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、室温以上の高い反強磁性転移温度を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
第４実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｆｅ０．０５）Ｓｅで表わされ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＳｅのＩＩ族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＦｅで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳｅ薄膜を成長させると同時に、ＣｒとＦｅを５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１０及び図１１はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図１１は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図１０に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、スピングラス状態では、図１１に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。尚、強磁性状態でも、ハーフメタリックは発現しないことを確認した。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性転移温度を計算すると３１５Ｋであった。この様に、本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、室温以上の高い反強磁性転移温度を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
第５実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｆｅ０．０５）Ｏで表わされ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＯのＩＩ族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＦｅで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＯ薄膜を成長させると同時に、ＣｒとＦｅを５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１２は、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、下向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。尚、強磁性状態及びスピングラス状態では、ハーフメタリックは発現しないことを確認した。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
第６実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式Ｃｕ（Ａｌ０．９Ｖ０．０５Ｍｎ０．０５）Ｓ２で表わされ、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＣｕＡｌＳ２のＩＩＩ族元素Ａｌの一部が遷移金属元素であるＶとＭｎで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＣｕＡｌＳ２薄膜を成長させると同時に、ＶとＭｎを５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１３乃至図１５はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＶの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＭｎの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図１５は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図１３に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、下向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、強磁性状態では、図１４に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、スピングラス状態では、図１５に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
尚、本発明者らは、ＡｇＧａＳ２にＭｎ及びＦｅの２種類の磁性元素、或いはＭｎ及びＣｏの２種類の磁性元素を添加することによっても、反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。又、ＣｕＡｌＳ２にＣｒ及びＭｎの２種類の磁性元素、或いはＭｎ及びＦｅの２種類の磁性元素を添加することによっても、反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。
第７実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｚｎ０．９Ｃｒ０．０５Ｍｎ０．０２５Ｃｏ０．０２５）Ｓで表わされ、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＺｎＳのＩＩ族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＭｎとＣｏで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳ薄膜を成長させると同時に、Ｃｒを５％、ＭｎとＣｏを２．５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１６乃至図１８はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＭｎの３ｄ軌道位置での局所状態密度、二点鎖線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図１８は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図１６に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、強磁性状態では、図１７に実線で示す如く、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、スピングラス状態でも、図１８に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
尚、本発明者らは、ＺｎＳにＶ、Ｍｎ及びＦｅの３種類の磁性元素を添加することによっても反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。
第８実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式（Ｔｉ０．９Ｍｎ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏ２で表わされ、酸化物半導体であるＴｉＯ２の元素Ｔｉの一部が遷移金属元素であるＭｎとＣｏで置換されている。ここで、ＴｉＯ２はルチル型の結晶構造を有している。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ（１００）基板上にレーザＭＢＥ法によりＴｉＯ２薄膜を成長させると同時に、ＭｎとＣｏを５％ずつ添加する。
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１９は、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の太い実線は全状態密度、一点鎖線はＭｎの３ｄ軌道位置での局所状態密度、細い実線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。反強磁性状態では、図中に太い実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
尚、本発明者らは、ＴｉＯ２に、Ｆｅ及びＣｏの２種類の磁性元素、或いはＣｒ及びＣｏの２種類の磁性元素を添加することによっても反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。
図２０は、組成式（Ｔｉ０．９Ｆｅ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏ２で表わされる半導体について第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の太い実線は全状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度、細い実線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。反強磁性状態では、図中に太い実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。
図２１は、組成式（Ｔｉ０．９Ｃｒ０．０５Ｃｏ０．０５）Ｏ２で表わされる半導体について第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の太い実線は全状態密度、点線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、細い実線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。反強磁性状態では、図中に太い実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。
尚、図１９乃至図２１は、ルチル型のＴｉＯ２に２種類の磁性元素を添加した場合についての計算結果を表わしているが、ルチル型のＴｉＯ２の電子状態とアナターゼ型のＴｉＯ２の電子状態は略同じであるので、アナターゼ型のＴｉＯ２に２種類の磁性元素を添加することによっても反強磁性ハーフメタリック半導体が得られると言える。
【図１】
2006028299.tif 000002
【図２】
2006028299.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006028299.tif 000008
【図８】
2006028299.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2006028299.tif 000018
【図１８】
2006028299.tif 000019
【図１９】
2006028299.tif 000020
【図２０】
2006028299.tif 000021
【図２１】
2006028299.tif 000022
【図２２】
2006028299.tif 000023
【図２３】
2006028299.tif 000024
【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月26日(2007.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加して、前記半導体の一部の元素を前記２種類以上の磁性元素で置換することにより作製される反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項２】
添加する磁性元素は２種類であって、一方の磁性元素が有するｄ電子数と他方の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である請求項１に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項３】
前記２種類の磁性元素は、ＴｉとＮｉ、ＶとＣｏ、ＣｒとＦｅ、ＴｉとＦｅ、ＴｉとＣｏ、ＶとＦｅ、ＶとＮｉ、ＣｒとＣｏ、ＣｒとＮｉ、ＦｅとＣｏ、ＭｎとＦｅ、ＭｎとＣｏ、ＶとＭｎ、及びＣｒとＭｎの群より選ばれた何れか１つの組合せである請求項２に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項４】
添加する磁性元素は３種類であって、２種類の磁性元素がそれぞれ有するｄ電子数の総数と該２種類の磁性元素以外の１種類の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である請求項１に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項５】
前記３種類の磁性元素は、ＴｉとＶとＮｉ、ＴｉとＶとＣｏ、ＴｉとＮｉとＣｏ、ＶとＮｉとＣｏ、ＣｒとＭｎとＣｏ、及びＶとＭｎとＦｅの群より選ばれた何れか１つの組合せである請求項４に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項６】
前記半導体は、II−VI族化合物半導体或いはIII−Ｖ族化合物半導体であって、II−VI族化合物半導体のII族元素或いはIII−Ｖ族化合物半導体のIII族元素を前記磁性元素で置換する請求項１乃至請求項５の何れかに記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項７】
前記半導体は、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、及びＩｎＰの群より選ばれた何れか１種の化合物半導体である請求項６に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項８】
前記半導体は、カルコパイライト型の結晶構造を有するＩ−III−VI族化合物半導体或いはII−IV−Ｖ族化合物半導体であって、Ｉ−III−VI族化合物半導体のIII族元素或いはII−IV−Ｖ族化合物半導体のII族元素を前記磁性元素で置換する請求項１乃至請求項５の何れかに記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項９】
前記半導体は、ＣｕＡｌＳ２、ＡｇＣａＳ２、ＣｄＧｅＰ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＧｅＡｓ２、及びＡｇＧａＳ２の群より選ばれた何れか１種の化合物半導体である請求項８に記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項１０】
前記半導体は、酸化物半導体である請求項１乃至請求項５の何れかに記載の反強磁性ハーフメタリック半導体。
【請求項１１】
基板上に半導体薄膜を成長させると同時に、ｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加する反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反強磁性を有し、且つ、上向き電子スピン状態及び下向き電子スピン状態の一方の電子スピン状態で金属としての性質を示すのに対して他方の電子スピン状態で絶縁体或いは半導体としての性質を示すハーフメタリックな反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、強磁性を有するハーフメタリック磁性体(以下、ハーフメタリック強磁性体という)としては、ホイスラー合金、ペロブスカイト型マンガン酸化物、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ、希薄磁性半導体等が知られている。近年、電子の電荷とスピンを利用した半導体材料、即ちスピントロニクス材料の研究が進められており、閃亜鉛鉱型ＣｒＡｓ及び希薄磁性半導体はスピントロニクス材料に含まれる。希薄磁性半導体としては、例えば(Ｉｎ，Ｍｎ)Ａｓや(Ｇａ，Ｍｎ)Ａｓが知られている。
これに対し、反強磁性を有するハーフメタリック磁性体(以下、ハーフメタリック反強磁性体という)は、１９９５年にド・グルート達によって存在の可能性が指摘され(非特許文献１参照)、その後、ピケットによって電子状態計算からダブルペロフスカイト構造を有するＬａ２ＶＣｕＯ６及びＬａ２ＭｎＶＯ６が提案された(非特許文献２参照)。
【非特許文献１】H.van  Leuken  and  de  Groot,  Phys.Rev.Lett.74(1995)  1171
【非特許文献２】W.Picket,  Phys.Rev.Lett.77(1996)  3185
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ピケットによって提案されたハーフメタリック反強磁性体は、遷移金属酸化物をベースとした金属間化合物であって、半導体をベースとしたスピントロニクス材料ではない。スピントロニクス材料としてのハーフメタリック反強磁性体については、提案された事実も製造された事実もない。
そこで本発明の目的は、反強磁性を有し、且つハーフメタリックな新規なスピントロニクス材料である反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加して、前記半導体の一部の元素を前記２種類以上の磁性元素で置換することにより作製される。
【０００５】
第１の具体的構成において、添加する磁性元素は２種類であって、一方の磁性元素が有するｄ電子数と他方の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である。具体的には、前記２種類の磁性元素は、ＴｉとＮｉ、ＶとＣｏ、ＣｒとＦｅ、ＴｉとＦｅ、ＴｉとＣｏ、ＶとＦｅ、ＶとＮｉ、ＣｒとＣｏ、ＣｒとＮｉ、ＦｅとＣｏ、ＭｎとＦｅ、ＭｎとＣｏ、ＶとＭｎ、及びＣｒとＭｎの群より選ばれた何れか１つの組合せである。尚、Ｍｎのｄ電子数は、母体となる半導体や組み合わせる磁性元素によって、５より少なくなり、或いは５より多くなる。
【０００６】
上述の如く半導体にｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を添加することによって反強磁性及びハーフメタリックが発現する理由は次のように考えられる。以下の説明では、２種類の磁性元素をＶ及びＣｏとする。
図２２及び図２３はそれぞれ、ＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線、及びＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わしている。又、図２４及び図２５はそれぞれ、ＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線、及びＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わしている。図中の縦軸はエネルギーの大きさを表わしており、縦軸よりも左側の曲線が上向きスピン電子の状態密度、右側の曲線が下向きスピン電子の状態密度を表わしている。又、図中の斜線のハッチングはｄ軌道に電子が収容されていることを表わしている。
【０００７】
ＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合には、図２２に細線の矢印で示す如く、Ｖ及びＣｏの上向きスピン電子及び下向きスピン電子がそれぞれ、ＶとＣｏの間で電子数に応じたエネルギー差を有する２つの状態を移動してＶとＣｏが結合し、結合後の上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、図２３に示す曲線で表わされる。このとき、電子のエネルギーは全体として僅かに低下する。この様に、ＶとＣｏが互いに磁気モーメントを平行に揃えて結合する強磁性的結合は、超交換相互作用により電子のエネルギーが低下して安定すると考えられる。
これに対し、ＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、図２４に細線の矢印で示す如く、ＶとＣｏの上向きスピン電子がＶとＣｏの間でエネルギー差のない２つの状態を移動してＶとＣｏが結合し、結合後の上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、図２５に示す曲線で表わされる。このとき、電子のエネルギーは全体として低下する。この様に、ＶとＣｏが互いに磁気モーメントを反平行に揃えて結合する反強磁性的結合は、二重交換相互作用により電子のエネルギーが低下して安定すると考えられる。
一般に二重交換相互作用は超交換相互作用よりも強い。従って、強磁性的結合よりも反強磁性的結合が安定であり、ＶとＣｏは互いに磁気モーメントを反平行に揃えて結合すると考えられる。ここで、Ｖのｄ電子数とＣｏの正孔数は共に３つと同じであるので、ＶとＣｏの磁気モーメントが互いに打ち消しあって反強磁性が発現することになると考えられる。
【０００８】
又、図２２に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合には、ＶとＣｏの上向きスピン電子のエネルギー差、及びＶとＣｏの下向きスピン電子のエネルギー差は比較的小さいため、Ｖ及びＣｏの上向きスピン電子及び下向きスピン電子がそれぞれＶとＣｏの間を移動して、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、上述の如く図２３に示す曲線で表わされることになる。図示の如く、フェルミエネルギーＥＦ付近での上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもゼロより大きくなり、ハーフメタリックは発現しないと考えられる。
これに対し、図２４に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、ＶとＣｏの下向きスピン電子のエネルギー差が大きいためにＶとＣｏの間で下向きスピン電子の移動が起こり難く、上向きスピン電子のみがＶとＣｏの間を移動して、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は、上述の如く図２５に示す曲線で表わされることになる。図示の如く、下向きスピン電子の状態密度はゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーＥＦが存在することとなる一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギーＥＦ付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックが発現することになると考えられる。
上述の如く反強磁性及びハーフメタリックが発現することは、第１原理電子状態計算により確認されている。
【０００９】
尚、２種類の磁性元素の内、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が同じである場合には上述の如く反強磁性が発現するが、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が完全に同じではなく略同じである場合には、２種類の磁性元素の磁気モーメントの大きさが僅かに異なるため、全体として僅かに磁性を有するフェリ磁性が発現することになると考えられる。本願明細書においては、「反強磁性」に、僅かに磁性を有する「フェリ磁性」が含まれるものとする。
【００１０】
又、第２の具体的構成において、添加する磁性元素は３種類であって、２種類の磁性元素がそれぞれ有するｄ電子数の総数と該２種類の磁性元素以外の１種類の磁性元素が有する正孔数は同数或いは略同数である。具体的には、前記３種類の磁性元素は、ＴｉとＶとＮｉ、ＴｉとＶとＣｏ、ＴｉとＮｉとＣｏ、ＶとＮｉとＣｏ、ＣｒとＭｎとＣｏ、及びＶとＭｎとＦｅの群より選ばれた何れか１つの組合せである。
【００１１】
上記具体的構成においては、３種類の磁性元素の内、２種類の磁性元素は互いに磁気モーメントを平行に揃えて強磁性的に結合し、該２種類の磁性元素と他の１種類の磁性元素は互いに磁気モーメントを反平行に揃えて反強磁性的に結合する。ここで、２種類の磁性元素がそれぞれ有するｄ電子の総数と該２種類の磁性元素以外の１種類の磁性元素が有する正孔数が同じ或いは略同じであるので、２種類の磁性元素を添加する第１の具体的構成と同様に、反強磁性が発現することになる。
３種類の磁性元素がＴｉとＶとＮｉである場合、ＴｉとＶは強磁性的に結合する一方、Ｔｉ及びＶとＮｉは反強磁性的に結合し、ＴｉとＶとＣｏである場合には、ＴｉとＶは強磁性的に結合する一方、Ｔｉ及びＶとＣｏは反強磁性的に結合する。又、ＴｉとＮｉとＣｏである場合には、ＮｉとＣｏは強磁性的に結合する一方、ＴｉとＮｉ及びＣｏは反強磁性的に結合し、ＶとＮｉとＣｏである場合には、ＮｉとＣｏは強磁性的に結合する一方、ＶとＮｉ及びＣｏは反強磁性的に結合する。更に、３種類の磁性元素がＣｒとＭｎとＣｏである場合、ＣｏとＭｎは強磁性的に結合する一方、Ｃｏ及びＭｎとＣｒは反強磁性的に結合し、３種類の磁性元素がＶとＭｎとＦｅである場合、ＶとＭｎは強磁性的に結合し、Ｖ及びＭｎとＦｅは反強磁性的に結合する。
【発明の効果】
【００１２】
上述の如く、本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体及びその製造方法によれば、反強磁性を有し、且つハーフメタリックである新規なスピントロニクス材料を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、半導体の一部の元素がｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素で置換されているものである。
【００１４】
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、基板上に母体となる半導体薄膜を成長させると同時に、ｄ電子数が５より少ない磁性元素とｄ電子数が５より多い磁性元素とを含む２種類以上の磁性元素を数％ずつ添加して作製される。
母体となる半導体としては、例えばII−VI族化合物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、カルコパイライト型の結晶構造を有するＩ−III−VI族化合物半導体、カルコパイライト型の結晶構造を有するII−IV−Ｖ族化合物半導体、酸化物半導体等が採用される。II−VI族化合物半導体としては、例えばＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ等が採用可能であり、III−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ等が採用可能である。又、カルコパイライト型Ｉ−III−VI族化合物半導体としては、例えばＣｕＡｌＳ２、ＡｇＣａＳ２、ＡｇＧａＳ２等が採用可能であり、カルコパイライト型II−IV−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＣｄＧｅＰ２、ＺｎＧｅＰ２、ＣｄＧｅＡｓ２等が採用可能である。更に、酸化物半導体としては、例えばＴｉＯ２が採用可能である。
又、薄膜成長方法としては、ＭＢＥ(Molecular  Beam  Epitaxy)法、レーザＭＢＥ法、低温ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ(Metal  Organic  Chemical  Vapour  Deposition)法等、周知の薄膜成長方法を採用することが可能である。尚、基板上に半導体薄膜としてIII−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合には、低温ＭＢＥ法を採用することが望ましい。
更に、添加する磁性元素は、２種類の遷移金属元素であって、一方の磁性元素が有するｄ電子数と他方の磁性元素が有する正孔数とが同数或いは略同数である。２種類の遷移金属元素は、例えばＴｉとＮｉ、ＶとＣｏ、ＣｒとＦｅ、ＴｉとＦｅ、ＴｉとＣｏ、ＶとＦｅ、ＶとＮｉ、ＣｒとＣｏ、ＣｒとＮｉ、ＦｅとＣｏ、ＭｎとＦｅ、ＭｎとＣｏ、ＶとＭｎ、及びＣｒとＭｎの群から選ばれた１つの組合せである。又、３種類の遷移金属元素を用いることも可能であって、３種類の遷移金属元素は、例えばＴｉとＶとＮｉ、ＴｉとＶとＣｏ、ＴｉとＮｉとＣｏ、ＶとＮｉとＣｏ、ＣｒとＭｎとＣｏ、及びＶとＭｎとＦｅの群より選ばれた１つの組合せである。
【００１５】
上述の製造方法によれば、半導体薄膜が成長する過程で該半導体薄膜の一部の元素が２種類以上の磁性元素で置換されて、反強磁性を有し、且つハーフメタリックな反強磁性ハーフメタリック半導体が得られる。
半導体薄膜として、II−VI族化合物半導体薄膜を成長させた場合には、II族元素が磁性元素で置換され、III−Ｖ族化合物半導体薄膜を成長させた場合には、III族元素が磁性元素で置換される。又、カルコパイライト型Ｉ−III−VI族化合物半導体薄膜を成長させた場合には、III族元素が磁性元素で置換され、カルコパイライト型II−IV−Ｖ族化合物半導体を成長させた場合には、II族元素が磁性元素で置換される。
【００１６】
反強磁性及びハーフメタリックが発現する理由は次のように考えられる。以下の説明では、２種類の磁性元素をＶ及びＣｏとする。
即ち、図２２に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合には、超交換相互作用によって強磁性的結合が安定すると考えられる一方、図２４に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、二重交換相互作用によって反強磁性的結合が安定すると考えられる。一般に二重交換相互作用は超交換相互作用よりも強い。従って、強磁性的結合よりも反強磁性的結合が安定であり、ＶとＣｏは互いに磁気モーメントを反平行に揃えて結合すると考えられる。ここで、Ｖのｄ電子数とＣｏの正孔数は共に３つと同じであるので、ＶとＣｏの磁気モーメントが互いに打ち消しあって反強磁性が発現することになると考えられる。
又、図２４に示す如くＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合には、ＶとＣｏの下向きスピン電子のエネルギー差が大きいためにＶとＣｏの間で下向きスピン電子の移動が起こり難く、上向きスピン電子のみがＶとＣｏの間を移動して、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は図２５に示す曲線で表わされることになる。図示の如く、下向きスピン電子の状態密度はゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーＥＦが存在することとなる一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギーＥＦ付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックが発現することになると考えられる。
反強磁性及びハーフメタリックが発現することは、第１原理電子状態計算により確認されている。
【００１７】
尚、２種類の磁性元素の内、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が同じである場合には上述の如く反強磁性が発現するが、一方の磁性元素のｄ電子数と他方の磁性元素の正孔数が完全に同じではなく略同じである場合には、２種類の磁性元素の磁気モーメントの大きさが僅かに異なるため、全体として僅かに磁性を有するフェリ磁性が発現することになると考えられる。例えば、(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｓはフェリ磁性を有するものとなるが、ＣｒとＣｏの濃度を調整することによって、反強磁性を有するものを得ることが出来る。
又、３種類の遷移金属元素が用いられる場合には、３種類の遷移金属元素の内、２種類の遷移金属元素がそれぞれ有するｄ電子数の総数と該２種類の遷移金属元素以外の１種類の遷移金属元素が有する正孔数とが同数或いは略同数となる様、３種類の遷移金属元素の濃度が調整され、これによって反強磁性を有する半導体を得ることが出来る。例えば、(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｍｎ０.０２５Ｃｏ０.０２５)Ｓは、ＺｎＳにＣｒを５％、ＭｎとＣｏを２.５％ずつ添加することによってＭｎとＣｏのｄ電子数の総数とＣｒの正孔数が同数となり、反強磁性を有するものとなる。又、(Ｚｎ０.９Ｖ０.０２５Ｍｎ０.０２５Ｆｅ０.０５)Ｓは、ＺｎＳにＦｅを５％、ＭｎとＶを２.５％ずつ添加することによってＭｎとＦｅのｄ電子数の総数とＶの正孔数が同数となり、反強磁性を有するものとなる。
【００１８】
本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体は、外部磁場の影響を受けない反強磁性を有しているので、外部磁場の影響を受ける強磁性スピントロニクス材料とは異なるデバイスへの応用が期待される。例えば、ＭＲＡＭ(Magnetic  Random  Access  Memory)、センサー、スピン注入素子、光磁気デバイス、スピントランジスタ、スピンＦＥＴ、単一スピン超伝導体等への応用が考えられる。又、本発明に係る反強磁性ハーフメタリック半導体はハーフメタリックであるので、半導体スイッチング素子に応用した場合には、高いスイッチング速度を得ることが出来る。
【００１９】
第１実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｆｅ０.０５)Ｓで表わされ、II−VI族化合物半導体であるＺｎＳのII族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＦｅで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳ薄膜を成長させると同時に、ＣｒガスとＦｅガスを基板に向けて照射してＣｒ及びＦｅを５％ずつ添加する。このとき、基板温度は例えば１５０〜２００℃、Ｚｎ分子線のビーム圧力は例えば２.５×１０−５〜８×１０−５Ｐａ、Ｓ分子線のビーム圧力は例えば１.５×１０−４〜１２×１０−４Ｐａに設定される。又、Ｃｒ及びＦｅのガス圧は、例えば２.５×１０−６〜１５×１０−６Ｐａに設定される。
【００２０】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１原理電子状態計算を行なった。ここで、第１原理電子状態計算の手法としては、ＫＫＲ(Korringa-Kohn-Rostoker)法(グリーン関数法とも呼ばれる)と、ＣＰＡ(Coherent-Potential  Approximation：コヒーレント・ポテンシャル近似)法と、ＬＤＡ(Local-Density  Approximation：局所密度近似)法とを組み合わせた公知のＫＫＲ−ＣＰＡ−ＬＤＡ法を採用した。
図１乃至図３はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態、及び局所磁気モーメントの向きが不規則なスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図３は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
【００２１】
反強磁性状態では、図１に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している。一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。この様に、下向きスピン電子の状態は半導体としての性質を表わす一方、上向きスピン電子の状態は金属としての性質を表わしており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、強磁性状態では、図２に実線で示す如く、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、スピングラス状態でも、図３に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
【００２２】
又、上述の状態密度曲線から、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性状態から常磁性状態に移行する反強磁性転移温度(ネール温度)を計算すると４４５Ｋであった。ここで、反強磁性転移温度は、強磁性状態から常磁性状態に移行する強磁性転移温度(キュリー温度)を算出する公知の方法と同様に、スピングラス状態と反強磁性状態とのエネルギー差から平均場近似によって算出した。
【００２３】
更に又、Ｃｒ及びＦｅの濃度を変化させて、各濃度での反強磁性転移温度を算出した。図４は、反強磁性転移温度の算出結果を表わしている。図中のプロットは、(Ｚｎ１−ｘＣｒｘ／２Ｆｅｘ／２)Ｓで表わされる組成式中のｘが０.０２、０.０４、０.０６、０.０８、０.１０であるときの反強磁性転移温度の算出値を表わしており、曲線は、これらのプロットを近似曲線で結んだものである。図示の如く、ｘが０.０２以上で２７３Ｋ(＝０℃)以上の反強磁性転移温度が得られている。
【００２４】
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、上述の如く、室温以上の高い反強磁性転移温度(４４５Ｋ)を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
【００２５】
第２実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｚｎ０.９Ｖ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｓで表わされ、II−VI族化合物半導体であるＺｎＳのII族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＶとＣｏで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳ薄膜を成長させると同時に、ＶとＣｏを５％ずつ添加する。
【００２６】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図５乃至図７はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＶの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図７は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
反強磁性状態では、図５に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、強磁性状態では、図６に実線で示す如く、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、スピングラス状態でも、図７に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
【００２７】
又、上述の状態密度曲線から、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性転移温度を計算すると３４９Ｋであった。この様に、本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、室温以上の高い反強磁性転移温度を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
【００２８】
第３実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏで表わされ、II−VI族化合物半導体であるＺｎＯのII族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＣｏで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＯ薄膜を成長させると同時に、ＣｒとＣｏを５％ずつ添加する。
【００２９】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図８及び図９はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図９は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
【００３０】
反強磁性状態では、図８に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、スピングラス状態では、図９に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。尚、強磁性状態でも、ハーフメタリックは発現しないことを確認した。
【００３１】
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性転移温度を計算すると４８４Ｋであった。この様に、本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、室温以上の高い反強磁性転移温度を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
【００３２】
第４実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｆｅ０.０５)Ｓｅで表わされ、II−VI族化合物半導体であるＺｎＳｅのII族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＦｅで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳｅ薄膜を成長させると同時に、ＣｒとＦｅを５％ずつ添加する。
【００３３】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１０及び図１１はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図１１は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
【００３４】
反強磁性状態では、図１０に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、スピングラス状態では、図１１に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。尚、強磁性状態でも、ハーフメタリックは発現しないことを確認した。
【００３５】
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
更に、反強磁性転移温度を計算すると３１５Ｋであった。この様に、本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、室温以上の高い反強磁性転移温度を有しているので、室温以上で動作を行なうデバイスに用いることが出来る。
【００３６】
第５実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｆｅ０.０５)Ｏで表わされ、II−VI族化合物半導体であるＺｎＯのII族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＦｅで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＯ薄膜を成長させると同時に、ＣｒとＦｅを５％ずつ添加する。
【００３７】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１２は、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。図中に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、下向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。尚、強磁性状態及びスピングラス状態では、ハーフメタリックは発現しないことを確認した。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
【００３８】
第６実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式Ｃｕ(Ａｌ０.９Ｖ０.０５Ｍｎ０.０５)Ｓ２で表わされ、Ｉ−III−VI族化合物半導体であるＣｕＡｌＳ２のIII族元素Ａｌの一部が遷移金属元素であるＶとＭｎで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＣｕＡｌＳ２薄膜を成長させると同時に、ＶとＭｎを５％ずつ添加する。
【００３９】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１３乃至図１５はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＶの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＭｎの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図１５は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
【００４０】
反強磁性状態では、図１３に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、下向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、強磁性状態では、図１４に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
【００４１】
これに対し、スピングラス状態では、図１５に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
尚、本発明者らは、ＡｇＧａＳ２にＭｎ及びＦｅの２種類の磁性元素、或いはＭｎ及びＣｏの２種類の磁性元素を添加することによっても、反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。又、ＣｕＡｌＳ２にＣｒ及びＭｎの２種類の磁性元素、或いはＭｎ及びＦｅの２種類の磁性元素を添加することによっても、反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。
【００４２】
第７実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｍｎ０．０２５Ｃｏ０.０２５)Ｓで表わされ、II−VI族化合物半導体であるＺｎＳのII族元素Ｚｎの一部が遷移金属元素であるＣｒとＭｎとＣｏで置換されている。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＺｎＳ薄膜を成長させると同時に、Ｃｒを５％、ＭｎとＣｏを２.５％ずつ添加する。
【００４３】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１６乃至図１８はそれぞれ、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態での状態密度曲線を表わしている。図中の実線は全状態密度、一点鎖線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、破線はＭｎの３ｄ軌道位置での局所状態密度、二点鎖線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。尚、図１８は、スピングラス状態での上向きスピン電子の状態密度曲線のみを表わしており、下向きスピン電子の状態密度曲線は、上向きスピン電子と同じであるので、図示を省略している。
【００４４】
反強磁性状態では、図１６に実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
これに対し、強磁性状態では、図１７に実線で示す如く、上向きスピン電子及び下向きスピン電子の状態密度は何れもフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックは発現していないと言える。
又、スピングラス状態でも、図１８に実線で示す如く、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっている。又、下向きスピン電子の状態密度も、フェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなり、ハーフメタリックは発現していないと言える。
【００４５】
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
尚、本発明者らは、ＺｎＳにＶ、Ｍｎ及びＦｅの３種類の磁性元素を添加することによっても反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。
【００４６】
第８実施例
本実施例の希薄反強磁性ハーフメタリック半導体は、組成式(Ｔｉ０.９Ｍｎ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏ２で表わされ、酸化物半導体であるＴｉＯ２の元素Ｔｉの一部が遷移金属元素であるＭｎとＣｏで置換されている。ここで、ＴｉＯ２はルチル型の結晶構造を有している。
該希薄反強磁性ハーフメタリック半導体の製造方法においては、ＧａＡｓ(１００)基板上にレーザＭＢＥ法によりＴｉＯ２薄膜を成長させると同時に、ＭｎとＣｏを５％ずつ添加する。
【００４７】
本発明者は、上述の製造方法によってハーフメタリック及び反強磁性が発現することを確認すべく、第１実施例と同様に、第１原理電子状態計算を行なった。
図１９は、第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の太い実線は全状態密度、一点鎖線はＭｎの３ｄ軌道位置での局所状態密度、細い実線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。反強磁性状態では、図中に太い実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。従って、反強磁性状態が最も安定であり、反強磁性が発現すると言える。
尚、本発明者らは、ＴｉＯ２に、Ｆｅ及びＣｏの２種類の磁性元素、或いはＣｒ及びＣｏの２種類の磁性元素を添加することによっても反強磁性ハーフメタリック半導体が得られることを第１原理電子状態計算により確認した。
【００４８】
図２０は、組成式(Ｔｉ０.９Ｆｅ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏ２で表わされる半導体について第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の太い実線は全状態密度、破線はＦｅの３ｄ軌道位置での局所状態密度、細い実線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。反強磁性状態では、図中に太い実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。
【００４９】
図２１は、組成式(Ｔｉ０.９Ｃｒ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏ２で表わされる半導体について第１原理電子状態計算により得られた反強磁性状態での状態密度曲線を表わしている。図中の太い実線は全状態密度、点線はＣｒの３ｄ軌道位置での局所状態密度、細い実線はＣｏの３ｄ軌道位置での局所状態密度を表わしている。反強磁性状態では、図中に太い実線で示す如く、下向きスピン電子の状態密度がゼロとなってバンドギャップＧｐが形成され、該バンドギャップ中にフェルミエネルギーが存在している一方、上向きスピン電子の状態密度はフェルミエネルギー付近でゼロよりも大きくなっており、ハーフメタリックが発現していると言える。
又、反強磁性状態、強磁性状態及びスピングラス状態の各状態での電子のエネルギーの総和を算出すると、反強磁性状態でのエネルギーが最も低かった。
尚、図１９乃至図２１は、ルチル型のＴｉＯ２に２種類の磁性元素を添加した場合についての計算結果を表わしているが、ルチル型のＴｉＯ２の電子状態とアナターゼ型のＴｉＯ２の電子状態は略同じであるので、アナターゼ型のＴｉＯ２に２種類の磁性元素を添加することによっても反強磁性ハーフメタリック半導体が得られると言える。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｆｅ０.０５)Ｓで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図２】上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図３】上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図４】Ｃｒ及びＦｅの濃度と反強磁性転移温度の関係を表わすグラフである。
【図５】組成式(Ｚｎ０.９Ｖ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｓで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図６】上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図７】上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図８】組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図９】上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１０】組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｆｅ０.０５)Ｓｅで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１１】上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１２】組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｆｅ０.０５)Ｏで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１３】組成式Ｃｕ(Ａｌ０.９Ｖ０.０５Ｍｎ０.０５)Ｓ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１４】上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１５】上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１６】組成式(Ｚｎ０.９Ｃｒ０.０５Ｍｎ０.０２５Ｃｏ０.０２５)Ｓで表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１７】上記半導体の強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１８】上記半導体のスピングラス状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図１９】組成式(Ｔｉ０.９Ｍｎ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図２０】組成式(Ｔｉ０.９Ｆｅ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図２１】組成式(Ｔｉ０.９Ｃｒ０.０５Ｃｏ０.０５)Ｏ２で表わされる半導体の反強磁性状態での電子状態密度を表わすグラフである。
【図２２】ＶとＣｏが磁気モーメントを平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線を表わす図である。
【図２３】上記場合にＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わす図である。
【図２４】ＶとＣｏが磁気モーメントを反平行に揃えた場合のＶとＣｏの状態密度曲線を表わす図である。
【図２５】上記場合にＶとＣｏが結合した後の状態密度曲線を表わす図である。
【国際調査報告】
2006028299.tif 000027
2006028299.tif 000028