(La1-xCaxO)Cu1-xNixSの電気的磁気的特性の電気的磁気的特性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に対する構造欠陥の効果に対する構造欠陥の効果に対する構造欠陥の効果

Structural Defects Effect on Electric and magnetic properties of (La1-xCaxO)Cu1-xNixS

清水清水清水清水 智弘智弘智弘智弘, , , , 小谷野小谷野小谷野小谷野 茂茂茂茂, , , , 庄司庄司庄司庄司 修修修修, , , , 佐藤佐藤佐藤佐藤 憲憲憲憲, , , , 越前谷越前谷越前谷越前谷 剛剛剛剛高橋高橋高橋高橋 由美子由美子由美子由美子, , , , 高瀬高瀬高瀬高瀬 浩一浩一浩一浩一, , , , 高野高野高野高野 良紀良紀良紀良紀, , , , 関沢関沢関沢関沢 和子和子和子和子

はじめにはじめにはじめにはじめに

目的目的目的目的

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

オキシサルファイド(LaO)CuS 伝導帯Cu 4s

価電子帯Cu 3d – S 3p

3.1 eV(La1-xCaxO)Cu1-xNixS

ワイドギャップp型半導体

x の増加

ρ – T : 半導体的振舞いから金属的振舞い

室温において強磁性を観測

　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.

結晶構造結晶構造結晶構造結晶構造(LaO)CuS

space group : P4/nmm

layered structure

tetragonal system

Cu : 4つの S 原子に

LaO 層とCuS 層は c 軸方向に交互積層.

O : 4つの La 原子に

四面体的に取り囲まれる

作製試料作製試料作製試料作製試料サンプルは固相法により作製(全て多結晶体)

(La1-xCaxO)Cu1-xNixS

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-xMnxS

＊赤は不定比化合物＊赤は不定比化合物＊赤は不定比化合物＊赤は不定比化合物＊＊＊＊La2O3, La2S3 は全ての試料に使用は全ての試料に使用は全ての試料に使用は全ての試料に使用

Cu, S, Ni, CaO

Cu2S, MnS, CaO

Cu2S, NiS, CaO

ρρρρ – T

ρρρρ – T

M – H

M – H

M – T

M – T

NCkm

kNmC

CT

C

TC

B

B

P

P

3

3

11

2

=

=

−=

−=

θχ

θχ

Curie –Weiss Law

effective moment

5.2 µΒ / Mn(Mn2+ = 5.8 µΒ / Mn)

まとめまとめまとめまとめhost crystal

ρ (system A)ρ (system B) at R.T. ～ 3×104

構造欠陥による

キャリア注入

Ca, Ni co-doped samples

金属的振舞い半導体的振舞い

|ρ | は x とともに減少キャリア注入(ホール)

system AMA(Ca, Ni) = DC + PC

MB(Ca, Ni) = DC + PC +system B

磁化磁化磁化磁化 : M

x M (300K)(emu / mol )

TC (K)

0.03 5.120.052 µB/Niatom

390

0.07 13.40.054 µB/Niatom

420

ρ (300K)(Ω cm)

2.70(semiconductor)

0.16 (metal)

M と Tc は x とともに増加

電気抵抗率電気抵抗率電気抵抗率電気抵抗率 : ρρρρ

電気抵抗率電気抵抗率電気抵抗率電気抵抗率 : ρρρρρ (Ca, Ni system B) > ρ (Ca, Ni system B)

FC

Ca, Mn co-doped samples

Mnドープによるキャリアの注入は行われていない

ρ (Ca, Mn system B)

ρ (host, system B)at R.T. ～ 4×103

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 3d は　局在

まとめまとめまとめまとめ

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.

電気抵抗率電気抵抗率電気抵抗率電気抵抗率 : ρρρρ

磁性磁性磁性磁性

MB(Ca, Mn) = DC + PC