JP2001130915A - 遷移金属を含有する強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方法 - Google Patents
遷移金属を含有する強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方法Info
- Publication number
- JP2001130915A JP2001130915A JP30891199A JP30891199A JP2001130915A JP 2001130915 A JP2001130915 A JP 2001130915A JP 30891199 A JP30891199 A JP 30891199A JP 30891199 A JP30891199 A JP 30891199A JP 2001130915 A JP2001130915 A JP 2001130915A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ferromagnetic
- zno
- based compound
- transition metal
- metal element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G31/00—Compounds of vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G37/00—Compounds of chromium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G45/00—Compounds of manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/0018—Mixed oxides or hydroxides
- C01G49/0063—Mixed oxides or hydroxides containing zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
- C01G51/006—Compounds containing, besides cobalt, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G55/00—Compounds of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum
- C01G55/002—Compounds containing, besides ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/42—Magnetic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10S428/922—Static electricity metal bleed-off metallic stock
- Y10S428/9265—Special properties
- Y10S428/928—Magnetic property
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12181—Composite powder [e.g., coated, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12465—All metal or with adjacent metals having magnetic properties, or preformed fiber orientation coordinate with shape
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/1266—O, S, or organic compound in metal component
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
- Y10T428/12771—Transition metal-base component
- Y10T428/12785—Group IIB metal-base component
- Y10T428/12792—Zn-base component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光を透過するＺｎＯ系化合物を用いて強磁性
が得られる強磁性ＺｎＯ系化合物の提供、およびその強
磁性特性を調整することができる強磁性ＺｎＯ系化合物
の強磁性特性を調整する方法を提供する。 【解決手段】 ＺｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりなる群れ
から選ばられる少なくとも１種の金属が含有されてい
る。そして、これらの遷移金属の濃度の調整、Ｍｎなど
を加えた金属から２種以上の金属の組合せ、ドーパント
の添加などにより強磁性特性を調整する。
が得られる強磁性ＺｎＯ系化合物の提供、およびその強
磁性特性を調整することができる強磁性ＺｎＯ系化合物
の強磁性特性を調整する方法を提供する。 【解決手段】 ＺｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりなる群れ
から選ばられる少なくとも１種の金属が含有されてい
る。そして、これらの遷移金属の濃度の調整、Ｍｎなど
を加えた金属から２種以上の金属の組合せ、ドーパント
の添加などにより強磁性特性を調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を透過するＺｎ
Ｏ系化合物にＶ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ
などの遷移金属元素を混晶させることにより強磁性特性
を実現させる単結晶性の強磁性ＺｎＯ系化合物およびそ
の強磁性特性の調整方法に関する。さらに詳しくは、た
とえば強磁性転移温度などの所望の強磁性特性が得られ
る強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方
法に関する。
Ｏ系化合物にＶ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕ
などの遷移金属元素を混晶させることにより強磁性特性
を実現させる単結晶性の強磁性ＺｎＯ系化合物およびそ
の強磁性特性の調整方法に関する。さらに詳しくは、た
とえば強磁性転移温度などの所望の強磁性特性が得られ
る強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光を透過しながら高い強磁性特性を有す
る単結晶の強磁性薄膜が得られれば、大量情報の伝達に
必要な光アイソレータや高密度磁気記録が可能になり、
将来の大量情報伝達に必要な電子材料を作製することが
できる。そのため、光を透過しながら強磁性を有する材
料が望まれている。
る単結晶の強磁性薄膜が得られれば、大量情報の伝達に
必要な光アイソレータや高密度磁気記録が可能になり、
将来の大量情報伝達に必要な電子材料を作製することが
できる。そのため、光を透過しながら強磁性を有する材
料が望まれている。
【０００３】一方、ＺｎＯ系化合物は、そのバンドギャ
ップが３.３ｅＶと大きく、青色から紫外の波長の光で
も透過するという性質を有すると共に、ＧａＮなどに比
べてそのエキシトンの結合エネルギーが大きく、この材
料で強磁性が得られればコヒーレントなスピン状態を利
用した光量子コンピュータなどの光デバイス作製のため
に大きな発展が期待される。しかし、従来はＺｎＯにＭ
ｎをドープした例はあるが、反強磁性状態となってお
り、ＺｎＯ系化合物の強磁性状態の実現は報告されてい
ない。
ップが３.３ｅＶと大きく、青色から紫外の波長の光で
も透過するという性質を有すると共に、ＧａＮなどに比
べてそのエキシトンの結合エネルギーが大きく、この材
料で強磁性が得られればコヒーレントなスピン状態を利
用した光量子コンピュータなどの光デバイス作製のため
に大きな発展が期待される。しかし、従来はＺｎＯにＭ
ｎをドープした例はあるが、反強磁性状態となってお
り、ＺｎＯ系化合物の強磁性状態の実現は報告されてい
ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、ＺｎＯ
系化合物を用いて安定した強磁性特性が得られれば、そ
のエキシトンの結合エネルギーが大きいＺｎＯ系化合物
からなる半導体レーザなどの発光素子と組み合せて利用
することができたり、磁気状態を反映した光を発生させ
たりすることができ、磁気光学効果を利用するデバイス
に非常に用途が大きくなる。
系化合物を用いて安定した強磁性特性が得られれば、そ
のエキシトンの結合エネルギーが大きいＺｎＯ系化合物
からなる半導体レーザなどの発光素子と組み合せて利用
することができたり、磁気状態を反映した光を発生させ
たりすることができ、磁気光学効果を利用するデバイス
に非常に用途が大きくなる。
【０００５】さらに、前述のような光を照射し、磁化状
態を変化させることにより、強磁性体メモリを構成する
場合、強磁性転移温度（キュリー温度）を光の照射によ
り変化するような温度（室温より僅かに高い温度）に設
定するなど、強磁性特性が所望の特性になるように作製
する必要がある。
態を変化させることにより、強磁性体メモリを構成する
場合、強磁性転移温度（キュリー温度）を光の照射によ
り変化するような温度（室温より僅かに高い温度）に設
定するなど、強磁性特性が所望の特性になるように作製
する必要がある。
【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、光を透過するＺｎＯ系化合物を用いて、強磁
性が得られる強磁性ＺｎＯ系化合物を提供することを目
的とする。
たもので、光を透過するＺｎＯ系化合物を用いて、強磁
性が得られる強磁性ＺｎＯ系化合物を提供することを目
的とする。
【０００７】本発明の他の目的は、強磁性ＺｎＯ系化合
物を作製するに当り、たとえば強磁性転移温度などの、
その強磁性特性を調整することができる強磁性ＺｎＯ系
化合物の強磁性特性を調整する方法を提供することにあ
る。
物を作製するに当り、たとえば強磁性転移温度などの、
その強磁性特性を調整することができる強磁性ＺｎＯ系
化合物の強磁性特性を調整する方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、光を透過
する材料としてとくに適したＺｎＯ系化合物を用い、強
磁性特性を有する単結晶を得るため鋭意検討を重ねた結
果、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷
移金属元素は、Ｚｎのイオン半径と近く、Ｚｎの５０％
程度以上を置き換え（混晶化させ）ても充分に単結晶が
得られること、ＭｎをＺｎＯに混晶させると、反強磁性
になるが、このＭｎの電子状態（ｄ電子５個）よりホー
ルまたは電子を増加する（電子を増やしたり減らす）こ
とにより、強磁性特性が得られること、Ｍｎよりｄ電子
が少なくなるＣｒ、ＶなどをＺｎＯ系化合物に混晶させ
ることにより、Ｍｎにホールを添加したのと同様の効果
が得られ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉなどをＺｎＯ系化合物に混
晶させることにより、Ｍｎに電子をドープしたのと同様
の効果が得られること、を見出し、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕなどの遷移金属元素をＺｎＯ系化
合物に混晶化させることにより、これらの金属単体を混
晶させるだけで安定した強磁性状態にすることができる
ことを見出した。
する材料としてとくに適したＺｎＯ系化合物を用い、強
磁性特性を有する単結晶を得るため鋭意検討を重ねた結
果、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷
移金属元素は、Ｚｎのイオン半径と近く、Ｚｎの５０％
程度以上を置き換え（混晶化させ）ても充分に単結晶が
得られること、ＭｎをＺｎＯに混晶させると、反強磁性
になるが、このＭｎの電子状態（ｄ電子５個）よりホー
ルまたは電子を増加する（電子を増やしたり減らす）こ
とにより、強磁性特性が得られること、Ｍｎよりｄ電子
が少なくなるＣｒ、ＶなどをＺｎＯ系化合物に混晶させ
ることにより、Ｍｎにホールを添加したのと同様の効果
が得られ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉなどをＺｎＯ系化合物に混
晶させることにより、Ｍｎに電子をドープしたのと同様
の効果が得られること、を見出し、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｒｕなどの遷移金属元素をＺｎＯ系化
合物に混晶化させることにより、これらの金属単体を混
晶させるだけで安定した強磁性状態にすることができる
ことを見出した。
【０００９】そして、本発明者らがさらに鋭意検討を重
ねた結果、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉな
どの遷移金属元素は、電子スピンｓ＝５／２、４／２、
３／２、２／２、１／２をもつ高スピン状態となり、そ
の濃度を変化したり、これらの２種類以上の組合せや、
その割合を変えた混晶にしたり、ｎ形および／またはｐ
形のドーパントを添加したりすることにより、強磁性転
移温度を可変し得ること、反強磁性や常磁性状態より強
磁性状態を安定化させ得ること、その強磁性状態のエネ
ルギー（たとえば僅かの差で反強磁性になるが、通常は
強磁性状態を維持するエネルギー）を調整し得ること、
前述の遷移金属元素により最低透過波長が異なり、２種
類以上を選択的に混晶することにより、所望のフィルタ
機能をもたせ得ること、を見出し、これらの遷移金属元
素の濃度や混合割合を調整することにより、所望の磁気
特性を有する単結晶性で、かつ、強磁性のＺｎＯ系化合
物が得られることを見出した。
ねた結果、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉな
どの遷移金属元素は、電子スピンｓ＝５／２、４／２、
３／２、２／２、１／２をもつ高スピン状態となり、そ
の濃度を変化したり、これらの２種類以上の組合せや、
その割合を変えた混晶にしたり、ｎ形および／またはｐ
形のドーパントを添加したりすることにより、強磁性転
移温度を可変し得ること、反強磁性や常磁性状態より強
磁性状態を安定化させ得ること、その強磁性状態のエネ
ルギー（たとえば僅かの差で反強磁性になるが、通常は
強磁性状態を維持するエネルギー）を調整し得ること、
前述の遷移金属元素により最低透過波長が異なり、２種
類以上を選択的に混晶することにより、所望のフィルタ
機能をもたせ得ること、を見出し、これらの遷移金属元
素の濃度や混合割合を調整することにより、所望の磁気
特性を有する単結晶性で、かつ、強磁性のＺｎＯ系化合
物が得られることを見出した。
【００１０】本発明による強磁性ＺｎＯ系化合物は、Ｚ
ｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈお
よびＲｕの遷移金属元素よりなる群れから選ばられる少
なくとも１種の金属が含有されている。
ｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈお
よびＲｕの遷移金属元素よりなる群れから選ばられる少
なくとも１種の金属が含有されている。
【００１１】ここにＺｎＯ系化合物とは、Ｚｎを含む酸
化物、具体例としてはＺｎＯの他、IIＡ族元素とＺｎ、
またはIIＢ族元素とＺｎ、またはIIＡ族元素およびIIＢ
族元素とＺｎのそれぞれの酸化物であることを意味す
る。
化物、具体例としてはＺｎＯの他、IIＡ族元素とＺｎ、
またはIIＢ族元素とＺｎ、またはIIＡ族元素およびIIＢ
族元素とＺｎのそれぞれの酸化物であることを意味す
る。
【００１２】この構成にすることにより、前述の遷移金
属元素はＺｎなどのII族元素とイオン半径が近く、Ｚｎ
の５０ａｔ％以上を置換してもウルツアイト構造の単結
晶を維持すると共に、その透明性を維持しながら、Ｍｎ
よりホールまたは電子が多くなり、強磁性の性質を呈す
る。
属元素はＺｎなどのII族元素とイオン半径が近く、Ｚｎ
の５０ａｔ％以上を置換してもウルツアイト構造の単結
晶を維持すると共に、その透明性を維持しながら、Ｍｎ
よりホールまたは電子が多くなり、強磁性の性質を呈す
る。
【００１３】前記遷移金属元素、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｕ
よりなる群れから選ばれる少なくとも２種の金属が含有
されることにより、その金属元素のｄ電子の状態がそれ
ぞれ異なり、ホールまたは電子をドープするよりも直接
的に強磁性特性が変化し、強磁性転移温度などの強磁性
特性を調整することができる。
よりなる群れから選ばれる少なくとも２種の金属が含有
されることにより、その金属元素のｄ電子の状態がそれ
ぞれ異なり、ホールまたは電子をドープするよりも直接
的に強磁性特性が変化し、強磁性転移温度などの強磁性
特性を調整することができる。
【００１４】ｎ形ドーパントおよびｐ形ドーパントの少
なくとも一方がドーピングされても、ドーパントはＺｎ
Ｏの母体に入るため、遷移金属元素間の影響のように直
接的ではないが、ＺｎＯの母体に近いｄ電子に作用し
て、ホールまたは電子が変動し、その強磁性特性を調整
することができる。
なくとも一方がドーピングされても、ドーパントはＺｎ
Ｏの母体に入るため、遷移金属元素間の影響のように直
接的ではないが、ＺｎＯの母体に近いｄ電子に作用し
て、ホールまたは電子が変動し、その強磁性特性を調整
することができる。
【００１５】本発明によるＺｎＯ系化合物の強磁性特性
の調整方法は、ＺｎＯ系化合物に、（１）Ｖ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりな
る群れから選ばられる少なくとも１種の金属元素、
（２）前記遷移金属元素、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｕよりな
る群れから選ばられる少なくとも２種の金属元素、およ
び（３）前記（１）または（２）と、ｎ形ドーパントお
よびｐ形ドーパントの少なくとも一方、のいずれかを添
加し、前記遷移金属元素、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕまたはｎ形
ドーパントもしくはｐ形ドーパントの濃度の調整、また
は前記金属元素の組合せにより強磁性特性を調整するこ
とを特徴とする。
の調整方法は、ＺｎＯ系化合物に、（１）Ｖ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりな
る群れから選ばられる少なくとも１種の金属元素、
（２）前記遷移金属元素、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｕよりな
る群れから選ばられる少なくとも２種の金属元素、およ
び（３）前記（１）または（２）と、ｎ形ドーパントお
よびｐ形ドーパントの少なくとも一方、のいずれかを添
加し、前記遷移金属元素、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕまたはｎ形
ドーパントもしくはｐ形ドーパントの濃度の調整、また
は前記金属元素の組合せにより強磁性特性を調整するこ
とを特徴とする。
【００１６】具体的には、前記濃度（遷移金属、Ｍｎな
どの金属元素およびドーパントの濃度）の調整、および
前記（２）に列記される金属元素の組合せのうち、少な
くとも１つの方法により、強磁性転移温度を所望の温度
に調整することができ、また、前記（２）に列記される
金属元素を少なくとも２種以上混晶させ、強磁性のエネ
ルギーを調整すると共に、該金属元素自身により導入さ
れたホールまたは電子による運動エネルギーによって全
エネルギーを低下させることにより、強磁性状態を安定
化させることができ、また、前記（２）に列記される金
属元素を少なくとも２種以上混晶させ、該金属元素自身
により導入されたホールまたは電子によって、金属原子
間の磁気的相互作用の大きさと符号を制御することによ
り、強磁性状態を安定化させることができる。
どの金属元素およびドーパントの濃度）の調整、および
前記（２）に列記される金属元素の組合せのうち、少な
くとも１つの方法により、強磁性転移温度を所望の温度
に調整することができ、また、前記（２）に列記される
金属元素を少なくとも２種以上混晶させ、強磁性のエネ
ルギーを調整すると共に、該金属元素自身により導入さ
れたホールまたは電子による運動エネルギーによって全
エネルギーを低下させることにより、強磁性状態を安定
化させることができ、また、前記（２）に列記される金
属元素を少なくとも２種以上混晶させ、該金属元素自身
により導入されたホールまたは電子によって、金属原子
間の磁気的相互作用の大きさと符号を制御することによ
り、強磁性状態を安定化させることができる。
【００１７】さらに、前記（２）に列記される金属元素
を少なくとも２種以上混晶させ、該金属元素自身により
導入されたホールまたは電子によって、金属原子間の磁
気的相互作用の大きさと符号を制御すると共に、該金属
元素の混晶による光の透過特性を制御することにより、
所望の光フィルタ特性を有する強磁性ＺｎＯ系化合物と
することができる。
を少なくとも２種以上混晶させ、該金属元素自身により
導入されたホールまたは電子によって、金属原子間の磁
気的相互作用の大きさと符号を制御すると共に、該金属
元素の混晶による光の透過特性を制御することにより、
所望の光フィルタ特性を有する強磁性ＺｎＯ系化合物と
することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明による強磁性ＺｎＯ系化合物、およびその強磁性特性
の調整方法について説明をする。本発明による強磁性Ｚ
ｎＯ系化合物は、ＺｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりなる群
れから選ばられる少なくとも１種の金属が含有されてい
る。
明による強磁性ＺｎＯ系化合物、およびその強磁性特性
の調整方法について説明をする。本発明による強磁性Ｚ
ｎＯ系化合物は、ＺｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりなる群
れから選ばられる少なくとも１種の金属が含有されてい
る。
【００１９】前述のように、本発明者らはＺｎＯ化合物
を用いて強磁性材料を得るために鋭意検討を重ねた結
果、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷
移金属元素は、反強磁性を示すＭｎより３ｄ電子が増減
することにより、図２に反強磁性の全体エネルギーと強
磁性の全体エネルギーとの差ΔＥが示されるように、い
ずれもこれらの遷移金属元素のみを単独で混晶させるだ
けで強磁性を示すことを見出した。この混晶割合は、Ｚ
ｎＯのＺｎに対して２５ａｔ％の例であるが、混晶割合
としては、数％でも強磁性を示し、また、多くしても結
晶性および透明性を害することがなく、１ａｔ％から９
９ａｔ％、好ましくは１０ａｔ％〜８０ａｔ％であれ
ば、充分な強磁性を得やすい。この遷移金属元素は１種
類である必要はなく、後述するように２種類以上を混晶
（合金化）することができる。
を用いて強磁性材料を得るために鋭意検討を重ねた結
果、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷
移金属元素は、反強磁性を示すＭｎより３ｄ電子が増減
することにより、図２に反強磁性の全体エネルギーと強
磁性の全体エネルギーとの差ΔＥが示されるように、い
ずれもこれらの遷移金属元素のみを単独で混晶させるだ
けで強磁性を示すことを見出した。この混晶割合は、Ｚ
ｎＯのＺｎに対して２５ａｔ％の例であるが、混晶割合
としては、数％でも強磁性を示し、また、多くしても結
晶性および透明性を害することがなく、１ａｔ％から９
９ａｔ％、好ましくは１０ａｔ％〜８０ａｔ％であれ
ば、充分な強磁性を得やすい。この遷移金属元素は１種
類である必要はなく、後述するように２種類以上を混晶
（合金化）することができる。
【００２０】このような遷移金属元素を含有するＺｎＯ
化合物の薄膜を成膜するには、たとえば図１にＭＢＥ装
置の概略説明図が示されるように、１.３３×１０-6Ｐ
ａ程度の超高真空を維持できるチャンバー１内の基板ホ
ルダー４に、たとえばサファイアなどからなるＺｎＯ化
合物を成長する基板５を設置し、ヒータ７により基板５
を加熱できるようになっている。そして、基板ホルダー
４に保持される基板５と対向するように、成長する化合
物を構成する元素の材料(ソース源)Ｚｎを入れたセル２
ａ、Ｆｅなどの遷移金属元素を入れたセル（１個しか示
されていないが、２種類以上を混晶させる場合は２個以
上設けられている）２ｂ、ｎ形ドーパントのＧａ、Ａ
ｌ、Ｉｎなどを入れたセル２ｃ、ラジカル酸素Ｏおよび
ラジカルチッ素Ｎを発生させるＲＦラジカルセル３ａ、
３ｂが設けられている。なお、Ｚｎや遷移金属などの固
体原料はこれらの金属の酸化物をセルに入れて原子状に
することもできる。
化合物の薄膜を成膜するには、たとえば図１にＭＢＥ装
置の概略説明図が示されるように、１.３３×１０-6Ｐ
ａ程度の超高真空を維持できるチャンバー１内の基板ホ
ルダー４に、たとえばサファイアなどからなるＺｎＯ化
合物を成長する基板５を設置し、ヒータ７により基板５
を加熱できるようになっている。そして、基板ホルダー
４に保持される基板５と対向するように、成長する化合
物を構成する元素の材料(ソース源)Ｚｎを入れたセル２
ａ、Ｆｅなどの遷移金属元素を入れたセル（１個しか示
されていないが、２種類以上を混晶させる場合は２個以
上設けられている）２ｂ、ｎ形ドーパントのＧａ、Ａ
ｌ、Ｉｎなどを入れたセル２ｃ、ラジカル酸素Ｏおよび
ラジカルチッ素Ｎを発生させるＲＦラジカルセル３ａ、
３ｂが設けられている。なお、Ｚｎや遷移金属などの固
体原料はこれらの金属の酸化物をセルに入れて原子状に
することもできる。
【００２１】なお、固体（単体）を入れるセル２ａ〜２
ｃは、図示されていないが、それぞれにヒータが設けら
れ、加熱により固体ソースを原子状にして蒸発させられ
るようになっており、ラジカルセル３ａ、３ｂは、図に
示されるようにＲＦ（高周波）コイル８により活性化さ
せている。このＺｎ、遷移金属元素およびｎ形ドーパン
ト材料としては、純度９９.９９９９９％の固体ソース
を原子状にし、また、ＯはＯ2を前述のＲＦラジカルセ
ルにより活性化した９９.９９９９９％の原子状ガスを
用い、Ｎ+または励起状態のＮ2は、Ｎ2分子もしくはＮ2
Ｏを前述のラジカルセルにより活性化して使用する。な
お、Ｇａや遷移金属元素は分子ガスにマイクロ波領域の
電磁波を照射することにより原子状にすることもでき
る。
ｃは、図示されていないが、それぞれにヒータが設けら
れ、加熱により固体ソースを原子状にして蒸発させられ
るようになっており、ラジカルセル３ａ、３ｂは、図に
示されるようにＲＦ（高周波）コイル８により活性化さ
せている。このＺｎ、遷移金属元素およびｎ形ドーパン
ト材料としては、純度９９.９９９９９％の固体ソース
を原子状にし、また、ＯはＯ2を前述のＲＦラジカルセ
ルにより活性化した９９.９９９９９％の原子状ガスを
用い、Ｎ+または励起状態のＮ2は、Ｎ2分子もしくはＮ2
Ｏを前述のラジカルセルにより活性化して使用する。な
お、Ｇａや遷移金属元素は分子ガスにマイクロ波領域の
電磁波を照射することにより原子状にすることもでき
る。
【００２２】そして、ＺｎＯを成長させながら、ｎ形ド
ーパントのＧａを流量１.３３×１０-5Ｐａで、さらに
ｐ形ドーパントである原子状Ｎを６.６５×１０-5Ｐａ
で、また、たとえばＦｅの原子状遷移金属元素１.３３
×１０-5Ｐａで、同時に基板５上に流しながら、３５０
〜７５０℃で成長することにより、遷移金属元素を混晶
させたＺｎＯ薄膜６を成長させることができる。以上の
説明では、ｎ形ドーパントやｐ形ドーパントをドーピン
グする例で説明しているが、前述の図２および後述する
表１および２の例は、いずれのドーパントもドーピング
しないで、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕを含む遷移金属のみをドー
ピングした例である。
ーパントのＧａを流量１.３３×１０-5Ｐａで、さらに
ｐ形ドーパントである原子状Ｎを６.６５×１０-5Ｐａ
で、また、たとえばＦｅの原子状遷移金属元素１.３３
×１０-5Ｐａで、同時に基板５上に流しながら、３５０
〜７５０℃で成長することにより、遷移金属元素を混晶
させたＺｎＯ薄膜６を成長させることができる。以上の
説明では、ｎ形ドーパントやｐ形ドーパントをドーピン
グする例で説明しているが、前述の図２および後述する
表１および２の例は、いずれのドーパントもドーピング
しないで、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕを含む遷移金属のみをドー
ピングした例である。
【００２３】このようにして、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏお
よびＮｉを混晶させたＺｎＯ薄膜は、図２に示されるよ
うに、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉが、反強磁性エ
ネルギーと強磁性エネルギーとの差ΔＥがそれぞれ２０
×１３.６ｍｅＶ、１５×１３.６ｍｅＶ、１０×１３.
６ｍｅＶ、１４×１３.６ｍｅＶ、１８×１３.６ｍｅＶ
と大きく、強磁性を示していることが分る。なお、図２
のデータは、第１原理計算（原子番号を入力パラメータ
としてシミュレーションする）によるデータである。
よびＮｉを混晶させたＺｎＯ薄膜は、図２に示されるよ
うに、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉが、反強磁性エ
ネルギーと強磁性エネルギーとの差ΔＥがそれぞれ２０
×１３.６ｍｅＶ、１５×１３.６ｍｅＶ、１０×１３.
６ｍｅＶ、１４×１３.６ｍｅＶ、１８×１３.６ｍｅＶ
と大きく、強磁性を示していることが分る。なお、図２
のデータは、第１原理計算（原子番号を入力パラメータ
としてシミュレーションする）によるデータである。
【００２４】この例では、ＺｎＯ化合物に遷移金属元素
をドープさせたが、ＺｎＯのＺｎの一部がＭｇやＣｄな
どの他のII族元素と置換したＺｎＯ系化合物でも、Ｚｎ
Ｏと同様の構造であり、同じように強磁性の単結晶が得
られる。
をドープさせたが、ＺｎＯのＺｎの一部がＭｇやＣｄな
どの他のII族元素と置換したＺｎＯ系化合物でも、Ｚｎ
Ｏと同様の構造であり、同じように強磁性の単結晶が得
られる。
【００２５】本発明の強磁性ＺｎＯ系化合物によれば、
Ｚｎとイオン半径がほぼ同じの遷移金属元素を混晶させ
ているため、Ｚｎ2+が遷移金属元素のＦｅ2+などと置換
されて、ウルツアイト構造を維持する。しかも、Ｆｅな
どの前述の遷移金属元素は、Ｍｎよりｄ電子が増加する
電子構造になっており、図２に示されるように、このま
まの状態で強磁性状態で安定する。しかも、この強磁性
ＺｎＯは、後述する表１および２にも示されるように、
その磁気モーメントが大きく、たとえばＦｅ単体（磁気
モーメント２×９.２７４Ｊ／Ｔ（２μB））より大きな
磁気モーメント４.０４×９.２７４Ｊ／Ｔ（４.０４μB
（ボーア磁子））のＦｅ含有ＺｎＯ系化合物が得られ、
非常に磁性の強い強磁性磁石が得られる。
Ｚｎとイオン半径がほぼ同じの遷移金属元素を混晶させ
ているため、Ｚｎ2+が遷移金属元素のＦｅ2+などと置換
されて、ウルツアイト構造を維持する。しかも、Ｆｅな
どの前述の遷移金属元素は、Ｍｎよりｄ電子が増加する
電子構造になっており、図２に示されるように、このま
まの状態で強磁性状態で安定する。しかも、この強磁性
ＺｎＯは、後述する表１および２にも示されるように、
その磁気モーメントが大きく、たとえばＦｅ単体（磁気
モーメント２×９.２７４Ｊ／Ｔ（２μB））より大きな
磁気モーメント４.０４×９.２７４Ｊ／Ｔ（４.０４μB
（ボーア磁子））のＦｅ含有ＺｎＯ系化合物が得られ、
非常に磁性の強い強磁性磁石が得られる。
【００２６】つぎに、遷移金属元素の濃度を変えること
による磁気特性の変化を調べた。前述の２５ａｔ％濃度
の遷移金属元素を含有させたものの他に濃度が５０ａｔ
％のものを作製し、それぞれの磁気モーメント（×９.
２７４Ｊ／Ｔ））および強磁性転移温度（度Ｋ）を調べ
た。磁気モーメントおよび強磁性転移温度はＳＱＵＩＤ
（superconducting quantum interference device；超
伝導量子干渉素子）による帯磁率の測定から得られたも
のである。その結果が表１および表２に示されている。
表１および表２から、混晶割合が大きくなる（濃度が高
い）ほど強磁性転移温度が上昇する傾向が見られ、混晶
割合にほぼ比例して増加する。この関係を図３に示す。
また、スピン間の強磁性的相互作用も遷移金属元素濃度
の増加に伴って増大し、磁気モーメントも増大すること
が分る。
による磁気特性の変化を調べた。前述の２５ａｔ％濃度
の遷移金属元素を含有させたものの他に濃度が５０ａｔ
％のものを作製し、それぞれの磁気モーメント（×９.
２７４Ｊ／Ｔ））および強磁性転移温度（度Ｋ）を調べ
た。磁気モーメントおよび強磁性転移温度はＳＱＵＩＤ
（superconducting quantum interference device；超
伝導量子干渉素子）による帯磁率の測定から得られたも
のである。その結果が表１および表２に示されている。
表１および表２から、混晶割合が大きくなる（濃度が高
い）ほど強磁性転移温度が上昇する傾向が見られ、混晶
割合にほぼ比例して増加する。この関係を図３に示す。
また、スピン間の強磁性的相互作用も遷移金属元素濃度
の増加に伴って増大し、磁気モーメントも増大すること
が分る。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】 前述のように、遷移金属元素は、電子スピンｓ＝５／
２、４／２、３／２、２／２、１／２をもつ高スピン状
態となり、この表１および２、ならびに図３からも明ら
かなように、その濃度を変化させることにより、強磁性
的なスピン間相互作用と強磁性転移温度を調整し、制御
することができることが分る。なお、強磁性転移温度
は、１５０度Ｋ以上になるようにすることが、実用上好
ましい。
２、４／２、３／２、２／２、１／２をもつ高スピン状
態となり、この表１および２、ならびに図３からも明ら
かなように、その濃度を変化させることにより、強磁性
的なスピン間相互作用と強磁性転移温度を調整し、制御
することができることが分る。なお、強磁性転移温度
は、１５０度Ｋ以上になるようにすることが、実用上好
ましい。
【００２９】さらに、本発明者らは、これらの遷移金属
元素を２種類以上混晶させることにより、ホールや電子
の状態を調整できると共に、それぞれの磁気特性を併せ
もたせることができることを見出した。たとえばＦｅと
Ｍｎを混晶させ、ＦｅとＭｎとを合せて２５ａｔ％と
し、Ｆｅ0.25-xＭｎxＺｎ0.75Ｏのｘを種々変化させ
た。その結果、図４（ａ）に示されるように、強磁性転
移温度を大きく変化させるこができ、ｘ＝０.１５で０
度Ｋとすることができ、ｘ＝０〜０.１５の範囲を選定
することにより、所望の強磁性転移温度に設定すること
ができる。また、ＦｅとＣｏを同様に合せて２５ａｔ％
混晶させ、Ｆｅ0.25-xＣｏxＺｎ0.75Ｏのｘを種々変化
させると、図４（ｂ）に示されるように、強磁性の状態
を維持したまま、その強磁性転移温度を変化させること
ができる。また、図示されていないが、磁気モーメント
についても両者の混合割合に応じた磁気モーメントが得
られる。
元素を２種類以上混晶させることにより、ホールや電子
の状態を調整できると共に、それぞれの磁気特性を併せ
もたせることができることを見出した。たとえばＦｅと
Ｍｎを混晶させ、ＦｅとＭｎとを合せて２５ａｔ％と
し、Ｆｅ0.25-xＭｎxＺｎ0.75Ｏのｘを種々変化させ
た。その結果、図４（ａ）に示されるように、強磁性転
移温度を大きく変化させるこができ、ｘ＝０.１５で０
度Ｋとすることができ、ｘ＝０〜０.１５の範囲を選定
することにより、所望の強磁性転移温度に設定すること
ができる。また、ＦｅとＣｏを同様に合せて２５ａｔ％
混晶させ、Ｆｅ0.25-xＣｏxＺｎ0.75Ｏのｘを種々変化
させると、図４（ｂ）に示されるように、強磁性の状態
を維持したまま、その強磁性転移温度を変化させること
ができる。また、図示されていないが、磁気モーメント
についても両者の混合割合に応じた磁気モーメントが得
られる。
【００３０】前述の各例は、遷移金属元素を２種類以上
ドープすることにより、その強磁性特性を変化させた
が、ｎ形ドーパントまたはｐ形ドーパントをドープして
も、同様にホールまたは電子の量を変化させることがで
き、その強磁性状態を変化させることができる。この場
合、ｎ形またはｐ形ドーパントは、ＺｎＯの伝導帯や価
電子帯に入り、その近くにある遷移金属元素のｄ電子に
作用するため、必ずしもドーピングされたドーパントが
そのまま全て作用することにはならないが、ｄ電子への
作用により、その強磁性状態を変化させ、強磁性転移温
度にも変化を与える。たとえばｎ形ドーパントをドープ
することにより、電子を供給したことになり、Ｆｅを混
晶させながらｎ形ドーパントをドープすることは、前述
のＦｅにさらにＣｏを添加するのと同様の効果が得ら
れ、Ｆｅと共にｐ形ドーパントをドープすることは、前
述のＦｅにＭｎを添加するのと同様の効果が得られる。
ドープすることにより、その強磁性特性を変化させた
が、ｎ形ドーパントまたはｐ形ドーパントをドープして
も、同様にホールまたは電子の量を変化させることがで
き、その強磁性状態を変化させることができる。この場
合、ｎ形またはｐ形ドーパントは、ＺｎＯの伝導帯や価
電子帯に入り、その近くにある遷移金属元素のｄ電子に
作用するため、必ずしもドーピングされたドーパントが
そのまま全て作用することにはならないが、ｄ電子への
作用により、その強磁性状態を変化させ、強磁性転移温
度にも変化を与える。たとえばｎ形ドーパントをドープ
することにより、電子を供給したことになり、Ｆｅを混
晶させながらｎ形ドーパントをドープすることは、前述
のＦｅにさらにＣｏを添加するのと同様の効果が得ら
れ、Ｆｅと共にｐ形ドーパントをドープすることは、前
述のＦｅにＭｎを添加するのと同様の効果が得られる。
【００３１】たとえばｎ形ドーパントまたはｐ形ドーパ
ント（電子またはホール）のドーピングによる（反強磁
性のエネルギー）−（強磁性のエネルギー）＝ΔＥの変
化が顕著であるＭｎをＺｎＯに混晶させた例で、不純物
をドーピングしたときの不純物濃度（ａｔ％）に対する
ΔＥの関係を図５に示す。このように１０％程度以上の
ホールの導入により反強磁性から強磁性に転換し、その
濃度により強磁性特性が変化し、その強磁性特性を調整
することができる。他の遷移金属元素は、元々強磁性を
示し、反強磁性との間でこれほど大きな変化はないが、
同様の強磁性状態を変化させることができ、強磁性転移
温度を調整することができる。なお、このドーパントに
よる調整は、前述の２種以上の遷移金属を混晶する調整
と異なり、磁気モーメントそのものはＺｎＯに混晶させ
た遷移金属の材料により定まる値を維持する。
ント（電子またはホール）のドーピングによる（反強磁
性のエネルギー）−（強磁性のエネルギー）＝ΔＥの変
化が顕著であるＭｎをＺｎＯに混晶させた例で、不純物
をドーピングしたときの不純物濃度（ａｔ％）に対する
ΔＥの関係を図５に示す。このように１０％程度以上の
ホールの導入により反強磁性から強磁性に転換し、その
濃度により強磁性特性が変化し、その強磁性特性を調整
することができる。他の遷移金属元素は、元々強磁性を
示し、反強磁性との間でこれほど大きな変化はないが、
同様の強磁性状態を変化させることができ、強磁性転移
温度を調整することができる。なお、このドーパントに
よる調整は、前述の２種以上の遷移金属を混晶する調整
と異なり、磁気モーメントそのものはＺｎＯに混晶させ
た遷移金属の材料により定まる値を維持する。
【００３２】ｎ形ドーパントとしては、Ｂ、Ａｌ、Ｉ
ｎ、Ｇａ、ＺｎもしくはＨを使用することができ、ドー
ピングの原料としては、これらの酸化物を使用すること
もできる。また、ドナー濃度としては、１×１０18ｃｍ
-3以上であることが好ましい。たとえば１０20〜１０21
ｃｍ-3程度にドープすれば、前述の混晶割合の１〜１０
％程度に相当する。また、ｐ形ドーパントとしては、前
述のようにＮ+または励起状態のＮ2である原子状Ｎを用
いることができる。この場合、ｐ形ドーパントはドーピ
ングしにくいが、ｎ形ドーパントを同時に僅かにドーピ
ングすることにより、ｐ形濃度を大きくすることができ
る。
ｎ、Ｇａ、ＺｎもしくはＨを使用することができ、ドー
ピングの原料としては、これらの酸化物を使用すること
もできる。また、ドナー濃度としては、１×１０18ｃｍ
-3以上であることが好ましい。たとえば１０20〜１０21
ｃｍ-3程度にドープすれば、前述の混晶割合の１〜１０
％程度に相当する。また、ｐ形ドーパントとしては、前
述のようにＮ+または励起状態のＮ2である原子状Ｎを用
いることができる。この場合、ｐ形ドーパントはドーピ
ングしにくいが、ｎ形ドーパントを同時に僅かにドーピ
ングすることにより、ｐ形濃度を大きくすることができ
る。
【００３３】本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた結
果、ＺｎＯに混晶させる遷移金属元素により、その透過
する最小の波長が異なり、混晶する遷移金属元素を２種
類以上混合することにより、その通す光の最小波長を調
整することができ、所望の波長以下の光をカットする光
フィルタを形成することができることを見出した。すな
わち、所望の波長の光を透過させる強磁性のＺｎＯ系化
合物が得られる。前述の各遷移金属元素を２５ａｔ％Ｚ
ｎＯに混晶させたときの通す光の最小波長は表３に示す
とおりになった。
果、ＺｎＯに混晶させる遷移金属元素により、その透過
する最小の波長が異なり、混晶する遷移金属元素を２種
類以上混合することにより、その通す光の最小波長を調
整することができ、所望の波長以下の光をカットする光
フィルタを形成することができることを見出した。すな
わち、所望の波長の光を透過させる強磁性のＺｎＯ系化
合物が得られる。前述の各遷移金属元素を２５ａｔ％Ｚ
ｎＯに混晶させたときの通す光の最小波長は表３に示す
とおりになった。
【００３４】
【表３】 すなわち、この例によれば、所望の波長の光に対して、
透明な強磁性磁石を得ることができる。
透明な強磁性磁石を得ることができる。
【００３５】以上のように、本発明によれば混晶される
金属元素自身などにより導入されたホールまたは電子の
運動エネルギーによって、全エネルギーを変化させるこ
とができ、その全エネルギーを低下させるように導入す
るホールまたは電子を調整しているため、強磁性状態を
安定化させることができる。また、導入されるホールま
たは電子によって金属原子間の磁気的相互作用の大きさ
および符号が変化し、そのホールまたは電子によってこ
れらを制御することにより、強磁性状態を安定化させる
ことができる。
金属元素自身などにより導入されたホールまたは電子の
運動エネルギーによって、全エネルギーを変化させるこ
とができ、その全エネルギーを低下させるように導入す
るホールまたは電子を調整しているため、強磁性状態を
安定化させることができる。また、導入されるホールま
たは電子によって金属原子間の磁気的相互作用の大きさ
および符号が変化し、そのホールまたは電子によってこ
れらを制御することにより、強磁性状態を安定化させる
ことができる。
【００３６】前述の例では、遷移金属元素を含有するＺ
ｎＯ系化合物の薄膜を成膜する方法として、ＭＢＥ（分
子線エピタキシー）装置を用いたが、ＭＯＣＶＤ（有機
金属化学気相成長）装置でも同様に成膜することができ
る。この場合、Ｚｎや遷移金属などの金属材料は、たと
えばジメチル亜鉛などの有機金属化合物として、ＭＯＣ
ＶＤ装置内に導入する。このようなＭＢＥ法やＭＯＣＶ
Ｄ法などを用いれば、非平衡状態で成膜することがで
き、所望の濃度で遷移金属元素などをドーピングするこ
とができる。薄膜の成長法としては、これらの方法に限
らず、Ｚｎ酸化物固体、遷移金属元素金属または酸化物
の固体をターゲットとし、活性化した酸素を基板上に吹
き付けながら成膜するレーザアブレーション法でも薄膜
を成膜することができる。
ｎＯ系化合物の薄膜を成膜する方法として、ＭＢＥ（分
子線エピタキシー）装置を用いたが、ＭＯＣＶＤ（有機
金属化学気相成長）装置でも同様に成膜することができ
る。この場合、Ｚｎや遷移金属などの金属材料は、たと
えばジメチル亜鉛などの有機金属化合物として、ＭＯＣ
ＶＤ装置内に導入する。このようなＭＢＥ法やＭＯＣＶ
Ｄ法などを用いれば、非平衡状態で成膜することがで
き、所望の濃度で遷移金属元素などをドーピングするこ
とができる。薄膜の成長法としては、これらの方法に限
らず、Ｚｎ酸化物固体、遷移金属元素金属または酸化物
の固体をターゲットとし、活性化した酸素を基板上に吹
き付けながら成膜するレーザアブレーション法でも薄膜
を成膜することができる。
【００３７】さらに、遷移金属元素やその酸化物を原料
としてドープする場合、ラジオ波、レーザ、Ｘ線、また
は電子線によって電子励起して原子状にするＥＣＲプラ
ズマを用いることもできる。ｎ形ドーパントやｐ形ドー
パントでも同様にＥＣＲプラズマを用いることができ
る。このようなＥＣＲプラズマを用いることにより、原
子状にして高濃度までドープすることができるというメ
リットがある。
としてドープする場合、ラジオ波、レーザ、Ｘ線、また
は電子線によって電子励起して原子状にするＥＣＲプラ
ズマを用いることもできる。ｎ形ドーパントやｐ形ドー
パントでも同様にＥＣＲプラズマを用いることができ
る。このようなＥＣＲプラズマを用いることにより、原
子状にして高濃度までドープすることができるというメ
リットがある。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、ＺｎＯ系化合物に遷移
金属元素を含有させるだけで、強磁性単結晶が得られる
ため、すでに実現しているｎ形およびｐ形の透明電極と
して使用されているＺｎＯや、光ファイバと組み合わせ
ることにより、量子コンピュータや大容量光磁気記録、
また、可視光から紫外領域に亘る光エレクトロニクス材
料として、高性能な情報通信、量子コンピュータへの応
用が可能となる。
金属元素を含有させるだけで、強磁性単結晶が得られる
ため、すでに実現しているｎ形およびｐ形の透明電極と
して使用されているＺｎＯや、光ファイバと組み合わせ
ることにより、量子コンピュータや大容量光磁気記録、
また、可視光から紫外領域に亘る光エレクトロニクス材
料として、高性能な情報通信、量子コンピュータへの応
用が可能となる。
【図１】本発明の強磁性ＺｎＯ系化合物薄膜を形成する
装置の一例の説明図である。
装置の一例の説明図である。
【図２】Ｖ、Ｃｒなどの遷移金属をＺｎＯに混晶させた
ときの反強磁性体の全エネルギーと強磁性体の全エネル
ギーとの差ΔＥを示す図である。
ときの反強磁性体の全エネルギーと強磁性体の全エネル
ギーとの差ΔＥを示す図である。
【図３】ＺｎＯに混晶させる遷移金属の濃度を変えたと
きの強磁性転移温度および磁気モーメントの変化を示す
図である。
きの強磁性転移温度および磁気モーメントの変化を示す
図である。
【図４】２種類以上の遷移金属元素を混晶させたときの
その割合による強磁性転移温度の変化の状態を説明する
図である。
その割合による強磁性転移温度の変化の状態を説明する
図である。
【図５】Ｍｎを例としたｎ形およびｐ形のドーパントを
添加したときの磁性状態の変化を示す説明図である。
添加したときの磁性状態の変化を示す説明図である。
１ チャンバー ２、３ セル ５ 基板 ６ 遷移金属を含有するＺｎＯ薄膜
Claims (8)
- 【請求項１】 ＺｎＯ系化合物に、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりなる群れ
から選ばられる少なくとも１種の金属が含有されてなる
強磁性ＺｎＯ系化合物。 - 【請求項２】 前記遷移金属元素、Ｔｉ、ＭｎおよびＣ
ｕよりなる群れから選ばれる少なくとも２種の金属が含
有されてなる請求項１記載の強磁性ＺｎＯ系化合物。 - 【請求項３】 ｎ形ドーパントおよびｐ形ドーパントの
少なくとも一方がドーピングされてなる請求項１または
２記載の強磁性ＺｎＯ系化合物。 - 【請求項４】 ＺｎＯ系化合物に（１）Ｖ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｈおよびＲｕの遷移金属元素よりな
る群れから選ばられる少なくとも１種の金属元素、
（２）前記遷移金属元素、Ｔｉ、ＭｎおよびＣｕよりな
る群れから選ばられる少なくとも２種の金属元素、およ
び（３）前記（１）または（２）と、ｎ形ドーパントお
よびｐ形ドーパントの少なくとも一方、のいずれかを添
加し、前記遷移金属元素、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕまたはｎ形
ドーパントもしくはｐ形ドーパントの濃度の調整、また
は前記金属元素の組合せにより強磁性特性を調整する強
磁性ＺｎＯ系化合物の強磁性特性の調整方法。 - 【請求項５】 前記濃度の調整、および前記（２）に列
記される金属元素の組合せのうち、少なくとも１つの方
法により、強磁性転移温度を所望の温度に調整する請求
項４記載の調整方法。 - 【請求項６】 前記（２）に列記される金属元素を少な
くとも２種以上混晶させ、強磁性のエネルギー状態を調
整すると共に、該金属元素自身により導入されたホール
または電子による運動エネルギーによって全エネルギー
を低下させることにより、強磁性状態を安定化させる請
求項４記載の調整方法。 - 【請求項７】 前記（２）に列記される金属元素を少な
くとも２種以上混晶させ、該金属元素自身により導入さ
れたホールまたは電子によって、金属原子間の磁気的相
互作用の大きさと符号を制御することにより、強磁性状
態を安定化させる請求項４記載の調整方法。 - 【請求項８】 前記（２）に列記される金属元素を少な
くとも２種以上混晶させ、該金属元素自身により導入さ
れたホールまたは電子によって、金属原子間の磁気的相
互作用の大きさと符号を制御すると共に、該金属元素の
混晶による光の透過特性を制御することにより、所望の
光フィルタ特性を有する強磁性ＺｎＯ系化合物とする請
求項４記載の調整方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30891199A JP4365495B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 遷移金属を含有する強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方法 |
| US10/984,837 US7115213B2 (en) | 1999-10-29 | 2004-11-10 | Ferromagnetic ZnO-type compound including transition metallic element and method for adjusting ferromagnetic characteristics thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30891199A JP4365495B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 遷移金属を含有する強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001130915A true JP2001130915A (ja) | 2001-05-15 |
| JP4365495B2 JP4365495B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=17986769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30891199A Expired - Fee Related JP4365495B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 遷移金属を含有する強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7115213B2 (ja) |
| JP (1) | JP4365495B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1219731A1 (en) * | 1999-09-01 | 2002-07-03 | Japan Science and Technology Corporation | FERROMAGNETIC p-TYPE SINGLE CRYSTAL ZINC OXIDE AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF |
| JP2005121715A (ja) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Ricoh Co Ltd | 光スイッチ |
| WO2005083161A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Japan Science And Technology Agency | 遷移金属又は稀土類金属などの磁性不純物を含まず、不完全な殻を持つ元素を固溶した透明強磁性化合物及びその強磁性特性の調整方法 |
| JP2007157815A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Yokohama National Univ | 磁性粉末微粒子の製造方法 |
| JP2007272145A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Yamaguchi Prefecture | 磁気光学素子 |
| KR101137292B1 (ko) * | 2009-11-05 | 2012-04-20 | 동의대학교 산학협력단 | 박막 형성 방법 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040108505A1 (en) * | 2002-09-16 | 2004-06-10 | Tuller Harry L. | Method for p-type doping wide band gap oxide semiconductors |
| SE0300352D0 (sv) * | 2003-02-06 | 2003-02-06 | Winto Konsult Ab | Ferromagnetism in semiconductors |
| JP2010143789A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Canon Inc | 圧電体材料 |
| CN102502782A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-06-20 | 上海大学 | 铬锰共掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备方法与装置 |
| US11827528B1 (en) * | 2023-06-15 | 2023-11-28 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Co-doped zinc oxide nanoparticles as electron transport material |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3933538A (en) * | 1972-01-18 | 1976-01-20 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method and apparatus for production of liquid phase epitaxial layers of semiconductors |
| US4041140A (en) * | 1974-07-16 | 1977-08-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making a sulphide ceramic body |
| US4495793A (en) * | 1982-08-30 | 1985-01-29 | Washington Research Foundation | Sensing device for detecting the presence of a gas contained in a mixture thereof |
| US5532062A (en) * | 1990-07-05 | 1996-07-02 | Asahi Glass Company Ltd. | Low emissivity film |
| DE4033417A1 (de) * | 1990-10-20 | 1992-04-23 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung von mit metalloxiden dotierten zinkoxidpigmenten |
| DE19537480A1 (de) * | 1995-10-09 | 1997-04-10 | Basf Ag | Verwendung von mit Metalloxiden dotierten Zinkoxiden für kosmetische Zwecke |
| US6127768A (en) * | 1997-05-09 | 2000-10-03 | Kobe Steel Usa, Inc. | Surface acoustic wave and bulk acoustic wave devices using a Zn.sub.(1-X) Yx O piezoelectric layer device |
| US6291085B1 (en) * | 1998-08-03 | 2001-09-18 | The Curators Of The University Of Missouri | Zinc oxide films containing P-type dopant and process for preparing same |
| US6342313B1 (en) * | 1998-08-03 | 2002-01-29 | The Curators Of The University Of Missouri | Oxide films and process for preparing same |
| JP3540275B2 (ja) | 1998-10-09 | 2004-07-07 | ローム株式会社 | ｐ型ＺｎＯ単結晶およびその製造方法 |
| JP3399392B2 (ja) * | 1999-02-19 | 2003-04-21 | 株式会社村田製作所 | 半導体発光素子、およびその製造方法 |
| US6498362B1 (en) * | 1999-08-26 | 2002-12-24 | Micron Technology, Inc. | Weak ferroelectric transistor |
-
1999
- 1999-10-29 JP JP30891199A patent/JP4365495B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-11-10 US US10/984,837 patent/US7115213B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1219731A1 (en) * | 1999-09-01 | 2002-07-03 | Japan Science and Technology Corporation | FERROMAGNETIC p-TYPE SINGLE CRYSTAL ZINC OXIDE AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF |
| EP1219731A4 (en) * | 1999-09-01 | 2003-05-21 | Japan Science & Tech Corp | FERROMAGNETIC P-TYPE ZINCOXIDE SINGLE CRYSTAL AND PRODUCTION METHOD THEREFOR |
| JP2005121715A (ja) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Ricoh Co Ltd | 光スイッチ |
| WO2005083161A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Japan Science And Technology Agency | 遷移金属又は稀土類金属などの磁性不純物を含まず、不完全な殻を持つ元素を固溶した透明強磁性化合物及びその強磁性特性の調整方法 |
| JP2007157815A (ja) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Yokohama National Univ | 磁性粉末微粒子の製造方法 |
| JP4604197B2 (ja) * | 2005-12-01 | 2010-12-22 | 国立大学法人横浜国立大学 | 磁性粉末微粒子の製造方法 |
| JP2007272145A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Yamaguchi Prefecture | 磁気光学素子 |
| KR101137292B1 (ko) * | 2009-11-05 | 2012-04-20 | 동의대학교 산학협력단 | 박막 형성 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US7115213B2 (en) | 2006-10-03 |
| JP4365495B2 (ja) | 2009-11-18 |
| US20050095445A1 (en) | 2005-05-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kane et al. | Magnetic properties of bulk Zn1− xMnxO and Zn1− xCoxO single crystals | |
| JP3540275B2 (ja) | ｐ型ＺｎＯ単結晶およびその製造方法 | |
| KR100703154B1 (ko) | 강자성 ⅳ족계 반도체，강자성 ⅲ-ⅴ족계 화합물 반도체또는 강자성 ⅱ-ⅵ족계 화합물 반도체와 그 강자성 특성의조정방법 | |
| WO2001012884A1 (fr) | OXYDE DE ZINC MONOCRISTALLIN DE TYPE p PRESENTANT UNE FAIBLE RESISTIVITE ET SON PROCEDE DE PREPARATION | |
| US20030091500A1 (en) | Titanium dioxide cobalt magnetic film and its manufacturing method | |
| JP4365495B2 (ja) | 遷移金属を含有する強磁性ＺｎＯ系化合物およびその強磁性特性の調整方法 | |
| JPH0311703A (ja) | 磁気物質及びその製造方法 | |
| KR100531514B1 (ko) | Ⅱ-ⅵ족 또는 ⅲ-ⅴ족계 단결정(單結晶) 강자성(强磁性)산화물및 그 강자성 특성의 조정방법 | |
| JP3953238B2 (ja) | 強磁性ｐ型単結晶酸化亜鉛およびその製造方法 | |
| JP3998425B2 (ja) | 強磁性ｉｉ−ｖｉ族系化合物及びその強磁性特性の調整方法 | |
| KR100715481B1 (ko) | 천이금속 또는 희토류금속을 고용하는 투명강자성알카리ㆍ칼코게나이드 화합물 및 그 강자성 특성의조정방법 | |
| JP3989182B2 (ja) | 強磁性ｉｉｉ−ｖ族系化合物及びその強磁性特性の調整方法 | |
| JP4708334B2 (ja) | 透明強磁性単結晶化合物の製造方法 | |
| JP3938284B2 (ja) | 強磁性ＧａＮ系混晶化合物及びその強磁性特性の調整方法 | |
| Gupta et al. | Pulsed laser deposition of zinc oxide (ZnO) | |
| Lin et al. | Enhanced ferromagnetic interaction in modulation-doped GaMnN nanorods | |
| Jin et al. | Pulsed Laser Deposition and Characterization of Zn1− xMnxO Films | |
| Catalan | 7568. Formation of patterned tin oxide thin films by ion beam decomposition of metallo-organies | |
| JPH08124853A (ja) | 化合物半導体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060824 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090722 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090811 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090821 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |