III-V族希薄磁性半導体の磁性と伝導
林岳
Doctoral Thesis, University of Tokyo (2002)
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Note: Doctoral Thesis, University of Tokyo, Japanese only
本論文はIII-V族希薄磁性半導体(diluted magnetic semiconductor, DMS)の金属絶縁体転移（metal-insulator transition, MIT)の実験的研究について述べたものである．本研究の目指す物理学的な課題は，大きく分けると次の３つである．
1. III-V族DMSにおける２種類のMITはどのような機構により発生しているのか．
2. III-V族DMSの強磁性はどのような機構により発生しているのか．
3. 不純物半導体におけるAnderson転移に，磁性などの電子相関が絡んだ場合，転移の性質はどのように変化するのか．
本研究では，この問題に対し主に電気伝導の測定によりアプローチした．そして，不純物半導体においてすでに行われているように，転移点ごく近傍の試料を用意し，精密な測定を行ってAnderson転移のスケーリング理論による解析を行った．
この課題の実験的遂行の過程において，III-V族DMSの成長条件敏感性が大きな障害となったが，これを低温アニール法の開発により克服し，更に転移点近傍の試料を容易に得る手法とした．
この手法の開発により，２つの金属絶縁体転移のごく近傍の試料を準備し，巨大磁気抵抗効果を用いて磁場により金属絶縁体転移を起こし，転移点近傍の電気伝導の温度依存性・磁場依存性を詳細に調べた．
測定結果に２パラメータスケーリング解析を行い，磁性の発現と密接な関係のある第一の金属絶縁体転移（MIT1）においては，２パラメータスケーリングが成立する磁場・温度範囲が極めて限定されることを見出した．
一方，磁性との直接の関係を持たないMn高濃度域の金属絶縁体転移（MIT2）においては，測定全範囲に当てはめることができた．
以上の主結果と，光学伝導度の測定，磁化測定の結果などから，III-V族DMSの電子相図と金属絶縁体転移について一つの物理的な描像を得た．