JP4365495B2

JP4365495B2 - 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

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Publication number: JP4365495B2
Application number: JP30891199A
Authority: JP
Inventors: 博吉田; 和則佐藤
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP2001130915A; US20050095445A1; US7115213B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を透過するＺｎＯ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。
【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Ｍｎ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。
【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。
【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。
【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。
【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、Ｃｏ、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。
【００１０】
本発明による強磁性ＺｎＯ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。
【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。
【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。
【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。
【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ＺｎＯ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、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。
【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。
【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ＺｎＯ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、ＺｎＯ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９９ａｔ％、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^-6Ｐａ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２ａ、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、Ａｌ、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〜２ｃ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Ｎ₂Ｏ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。
【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。
【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、ＺｎＯ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（２μ_B））より大きな磁気モーメント４.０４×９.２７４Ｊ／Ｔ（４.０４μ_B（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。
【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。
【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、Ｆｅ_0.25-xＭｎ_xＺｎ_0.75Ｏ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、Ｆｅ_0.25-xＣｏ_xＺｎ_0.75Ｏ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。
【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。
【００３２】
ｎ形ドーパントとしては、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、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１０²⁰〜１０²¹ｃｍ^-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％ＺｎＯ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。
【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。
【００３６】
前述の例では、遷移金属元素を含有するＺｎＯ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、ＭＯＣＶＤ装置内に導入する。このようなＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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

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なる強磁性ＺｎＯ系化合物。
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てなる請求項１記載の強磁性ＺｎＯ系化合物。
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。
ＺｎＯ系化合物に
（１）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。
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。
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。
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。
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。