(La Ca O)Cu Ni Sの電気的磁気的特性 に対する構造欠陥の効果

(La1-xCaxO)Cu1-xNixSの電気的磁気的特性
の電気的磁気的特性
に対する構造欠陥の効果
Structural Defects Effect on Electric and magnetic
properties of (La1-xCaxO)Cu1-xNixS
清水 智弘
智弘,
, 小谷野 茂, 庄司 修, 佐藤 憲, 越前谷 剛
高橋 由美子,
由美子, 高瀬 浩一,
浩一, 高野 良紀,
良紀, 関沢 和子
はじめに
オキシサルファイド(LaO)CuS
ワイドギャップp型半導体
(La1-xCaxO)Cu1-xNixS
x の増加
ρ – T : 半導体的振舞いから金属的振舞い
伝導帯
Cu 4s
3.1 eV
価電子帯
Cu 3d – S 3p
室温において強磁性を観測
Dietl et al.
ワイドギャップ半導体が高いTcを得
るのに有利である
目的
本研究では構造欠陥が物性に与える影響を明
らかにするために, 従来通りの不定比化合物を
用いた試料 (system B) と不定比化合物を用いな
い試料 (system A) を作成し, これらの試料の電
気抵抗率および磁化測定を行う.
結晶構造
(LaO)CuS
layered structure
LaO 層とCuS 層は c 軸方向に
交互積層.
Cu : 4つの S 原子に
四面体的に
O : 4つの La 原子に 取り囲まれる
space group : P4/nmm
tetragonal system
作製試料
サンプルは固相法により作製(全て多結晶体)
構造欠陥は不定比化合物により導入
stoichiometric samples : System A
non-stoichiometric samples : System B
(La1-xCaxO)Cu1-xNixS
Cu, S, Ni, CaO
Cu2S, NiS, CaO
(La1-xCaxO)Cu1-xMnxS
Cu2S, MnS, CaO
＊赤は不定比化合物
＊La2O3, La2S3 は全ての試料に使用
ρ–T
ρ–T
M–H
M–H
M–T
M–T
effective moment
5.2 µΒ / Mn
(Mn2+ = 5.8 µΒ / Mn)
Curie –Weiss Law
χ=
C
T −θP
1 1
θ
= T− P
C
χ C
C=
m=
Nm 2
3k B
3k BC
N
まとめ
host crystal
電気抵抗率 : ρ
ρ (system A)
at R.T. ∼ 3×104
ρ (system B)
構造欠陥による
キャリア注入
Ca, Ni co-doped samples
電気抵抗率 : ρ
ρ (Ca, Ni system B) > ρ (Ca, Ni system B)
金属的振舞い
半導体的振舞い
キャリア注入(ホール)
￨ρ | は x とともに減少
磁化 : M
system A
MA(Ca, Ni) = DC + PC
system B
MB(Ca, Ni) = DC + PC + FC
x
0.03
0.07
M (300K)
(emu / mol )
5.12
0.052 µB/Niatom
13.4
0.054 µB/Niatom
TC (K)
390
ρ (300K)
(Ω cm)
2.70
(semiconductor)
420
0.16
(metal)
M と Tc は x とともに増加
まとめ
Ca, Mn co-doped samples
電気抵抗率 : ρ
ρ (Ca, Mn system B)
ρ (host, system B)
at R.T. ∼ 4×103
磁性
MB(Ca, Mn) = DC + PC
Mn 3d は
局在
有効磁気モーメントがフルモーメントに近い
5.2 µB / Mn (Mn2+ = 5.8 µB / Mn )
Mnドープによるキャリアの注入は行われていない
強磁性発現には, ワイドギャップp型半導体へ
の, モーメントの導入とキャリアの導入及び構
造欠陥が重要.
欠陥が強磁性発現にどう関与するかは不明.