課題番号 ：S-20-MS-1021
利用形態 ：機器センター施設利用
利用課題名（日本語） ：Snナノ細線の電気伝導特性, CoNiGaナノ粒子の磁気的性質の解明
Program Title (English) ：Electrical properties of Sn nanowires and magnetic properties of CoNiGa nanoparticles
利用者名（日本語） ：嶋　睦宏1)
Username (English) ：M. Shima1)
所属名（日本語） ：1) 岐阜大学工学部化学・生命工学科
Affiliation (English) ：1) Department of Chemistry and Biomolecular Science, Gifu University

１．概要（Summary）
超伝導体と強磁性体を組み合わせた強磁性体／超伝導体接合に関する研究は近年、盛んに行われている[1]。強磁性体により超伝導体の電子スピンを操作できる可能性が見出されたことから、超伝導をスピントロニクスと組み合わせた新たな電子デバイスの創製が期待されているが、超伝導と強磁性の相関については未解明なことが多く更なる研究が必要である[2]。そこで本研究では、電子ビーム蒸着法を用いて超伝導Sn／強磁性金属Co積層薄膜を作製し、強磁性層が超伝導層に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。
Magnetic semiconductors have attracted much attention over the past few decades due to their unique nature having both ferromagnetic and semiconducting properties toward spintronic applications [3]. Among them are chemically grown ZnO nanorods doped with magnetic ions, yet to be further studied for their practical use [4]. The objective of this research is to chemically synthesize the Mn-doped ZnO nanorods and investigate the correlation between the structure and magnetic properties.
２．実験（Experimental）
本研究では、(100)Si基板およびガラス基板上に電子ビーム蒸着法を用いてSn単層膜、Co/Sn積層膜及びSn/Co積層膜を作製し、その構造と磁性および電気伝導特性についてXRD、VSMおよびSQUIDを用いて評価した。
Mn-doped ZnO nanorods were synthesized on a Si substrate surface by a two-step process of seed-layer formation and solution growth by a hydrothermal method. The structure and magnetic properties of the samples were characterized by XRD, SEM, EDX, XPS, and Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Magnetometry.
３．結果と考察（Results and Discussion）
Si基板上に蒸着したSn単層膜のXRD測定結果をFig.1に示す。目標膜厚25~150 nmの全ての試料で正方晶β相が生成し(100)配向していることを確認した。膜面内の(220)面についてXRDφスキャン測定を行ったところ、結晶の対称性に由来する2つのブロードなピークを観測した。SQUID磁束計を用いて、温度範囲300～1.8 Kにおける電気抵抗測定を行ったところ、Sn単層膜では、目標膜厚50~150 nmの全ての試料で3.7 K付近で超伝導に転移することを確認した。また1.8 Κでは、Fig.2に示すように臨界磁場は膜厚の増加とともに1760 Oeから500 Oeへと減少することを確認した。一方、Sn(50 nm)/Co(50 nm) 及びCo(50 nm)/Sn(50 nm)積層膜では超伝導転移は観測されなかった。
XRD data have shown two important facts that the nanorods were vertically grown with preference for C axis and Mn-incorporation into ZnO lattice were proved by peak shifts to lower angles and lattice constants increasing with Mn doping. The SEM image in Fig. 3 shows that nanorods vertically grew up on Si substrates. XPS studies have confirmed that valence states of elements: Zn2+, Mn2+, O2-. The magnetic properties at 300K of Mn doped ZnO nanorods (see Fig. 4) have been studied in different percentage of Mn doping and with or without annealing process. It would require more quantitative analysis including the dimension of nanorods to discuss the exact effect of Mn doping on d0 ferromagnetism of ZnO.

４．その他・特記事項（Others）
参考文献
[1] J. Linder and J. W. A. Robinson, Nature Phys. 11, 307 (2015).
[2] M. De Graef and M. McHenry, The Structure of Materials, (Cambridge University Press, 2010).
[3] H. Ohno, Science 281, 951 (1998).
[4] J. M. D. Coey, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 10, 83 (2006).
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 正木信也，山本幹也，近藤慶太，山田啓介，黒川雄一郎，塩田陽一，森山貴広，小野輝男，湯浅裕美，嶋睦宏，”YIGナノ結晶体から形成された薄膜における微細構造とスピンゼーベック起電力の相関解明”，第44回日本磁気学会学術講演会（オンライン），2020年12月15日.
(2) 大野悠太，山田啓介，嶋睦宏，”ナノ結晶体から形成されたCo-Fe-Ga合金薄膜の配向制御と磁性”，第44回日本磁気学会学術講演会（オンライン），2020年12月15日.
(3) 大野悠太，山田啓介，嶋睦宏，”ナノ結晶体から形成されたCo-Fe-Ga合金薄膜の配向制御と磁性”，IEEE Magnetics Society名古屋支部若手研究会（オンライン），2021年1月21日.
(4) 正木信也，山本幹也，近藤慶太，山田啓介，黒川雄一郎，塩田陽一，森山貴広，小野輝男，湯浅裕美，嶋睦宏，”化学合成法により作製したYIGナノ結晶薄膜の微細構造がスピンゼーベック起電力に及ぼす影響”，IEEE Magnetics Society名古屋支部若手研究会（オンライン），2021年1月21日.

６．関連特許（Patent）
なし。