【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.17】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0343

利用課題名 / Title

GaAs111B面上の鉄ヒ素化合物薄膜の結晶構造と磁気特性

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

X線回折/X-ray diffraction,ナノエレクトロニクスデバイス/ Nanoelectronics device,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,スピントロニクス/ Spintronics

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

青田　 聖治

所属名 / Affiliation

東京大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

Ⅲ-Ⅴ族半導体上にエピタキシャル成長が可能で高いスピン偏極率を持つ強磁性金属はスピントロニクスデバイスへの応用が期待される。閃亜鉛鉱型Fe-Asはこのような材料となる可能性があるが成長例はなく、GaAs(001)基板上に様々な成長条件で成長した先行研究では、既知のFe₂As, MnP型のFeAs, FeAs₂のみが確認された[1]。本研究では分子線エピタキシー法によりGaAs(111)B基板上にAs/Feのフラックス比を変化させて成膜し、結晶構造と磁気特性を評価した。

実験 / Experimental

基板はjust cutのGaAs 111B基板を利用し、MBE装置で、基板温度T_S=590˚Cで100 nmのGaAs bufferを成長したあと、基板温度は330˚Cに固定しFe-As薄膜をFe:As₄のフラックス比を変えながらその上に成長した。サンプル構造を図1に示す。大気安定性のため、5 nm程度のアモルファスAsでキャッピングした。それぞれの成膜された結晶構造をX-ray diffraction (XRD)、二次元ディテクタを利用した広域のReciprocal Space Mapping (RSM)で評価した。また一部サンプルはScanning Transmission Electron Microscopy (STEM)により観察を行なった。磁気特性はsuperconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer によって評価を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

Fe:As₄のフラックス比を1:4で成長したサンプルでは、高温で存在するNiAs型FeAsの格子定数(a軸3.99Å、c軸5.36Å)と考えられる厚さ5nm層が界面に形成され、その上に閃亜鉛鉱型と同じ回折規則を持つ立方晶(a=5.23Å)が成長していた。この試料は、T_Cが室温以上である400K程度の強磁性を示し、全体の厚さが40 nm程度であること、鉄原子あたり約2.0μBの高い磁化を持つことから磁性は後者のものと考えられる。詳細な結晶構造の特定のためTEM等でのさらなる測定を予定している。新たなスピントロニクスデバイスの電極材料として期待できる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 成長したサンプルの広域の逆格子マップ文字 a, b, sはそれぞれ、新たに得られたcubicの結晶、NiAs型のFeAs、基板のGaAsの回折に対応。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考[1] A. T. M. K. Jamil, H. Noguchi and H. Munekata, Thin Solid Films, 516(10), 3015–3019. (2008).

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Seiji Aota, Le Duc Anh and Masaaki Tanaka, "Structure and magnetic properties of Fe-As films grown on GaAs (111)B substrates", International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE) 2022, Sheffield, UK, September 4-9, 2022.
2. Seiji Aota, Le Duc Anh and Masaaki Tanaka, "Structure and magnetic properties of Fe-As films grown on GaAs (111)B substrates", 2022 Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics, Tohoku University, 23a-B201-4, September 20-23, 2022.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件