擬似水素としてのミュオンと第一原理計算の組み合わせによる水素の電子状態研究
水素の軽い同位体である素粒子ミュオン (Mu) を用いて透明酸化物半導体InGaZnO4 (IGZO) 中における水素の電子状態を調べた.ミュオンスピン回転法で観測された久保-鳥谷部関数における緩和率Δと,第一原理計算による水素のシミュレーションの組み合わせから,結晶IGZOやアモルファスの薄膜a-IGZO中でのミュオンはZn-Oの結合中心位置で安定化することを明らかにした.ZnOとの類推から,対応する水素はドナーとして働くことを示唆している.高濃度に水素チャージした薄膜a-IGZOでは,スペクトル形状の変化から,一部のミュオンが酸素欠損位置でMu−H−として存在していることを示唆する結果を得...
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Published in | Journal of Computer Chemistry, Japan Vol. 19; no. 3; pp. 106 - 114 |
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Main Authors | , , , , , , , , , |
Format | Journal Article |
Language | Japanese |
Published |
日本コンピュータ化学会
2020
|
Subjects | |
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Abstract | 水素の軽い同位体である素粒子ミュオン (Mu) を用いて透明酸化物半導体InGaZnO4 (IGZO) 中における水素の電子状態を調べた.ミュオンスピン回転法で観測された久保-鳥谷部関数における緩和率Δと,第一原理計算による水素のシミュレーションの組み合わせから,結晶IGZOやアモルファスの薄膜a-IGZO中でのミュオンはZn-Oの結合中心位置で安定化することを明らかにした.ZnOとの類推から,対応する水素はドナーとして働くことを示唆している.高濃度に水素チャージした薄膜a-IGZOでは,スペクトル形状の変化から,一部のミュオンが酸素欠損位置でMu−H−として存在していることを示唆する結果を得た. |
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AbstractList | 水素の軽い同位体である素粒子ミュオン (Mu) を用いて透明酸化物半導体InGaZnO4 (IGZO) 中における水素の電子状態を調べた.ミュオンスピン回転法で観測された久保-鳥谷部関数における緩和率Δと,第一原理計算による水素のシミュレーションの組み合わせから,結晶IGZOやアモルファスの薄膜a-IGZO中でのミュオンはZn-Oの結合中心位置で安定化することを明らかにした.ZnOとの類推から,対応する水素はドナーとして働くことを示唆している.高濃度に水素チャージした薄膜a-IGZOでは,スペクトル形状の変化から,一部のミュオンが酸素欠損位置でMu−H−として存在していることを示唆する結果を得た. |
Author | 井手, 啓介 雲見, 日出也 松石, 聡 神谷, 利夫 平石, 雅俊 門野, 良典 小嶋, 健児 岡部, 博孝 幸田, 章宏 細野, 秀雄 |
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EISSN | 1347-3824 |
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References | [14] S. F. J. Cox, J. L. Gavartin, J. S. Lord, S. P. Cottrell, J. M. Gil, H. V. Alberto, J. Piroto Duarte, R. C. Vilão, N. Ayres de Campos, D. J. Keeble, E, A. Davis, M. Charlton, D. P. van der Werf, J. Phys., 18, 1079 (2006). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/18/3/022/meta [1] N. Kimizuka, T. Mohri, J. Solid State Chem., 60, 382 (1985). doi:10.1016/0022-4596(85)90290-7 [12] H. Okabe, M. Hiraishi, S. Takeshita, A. Koda, K. M. Kojima, R. Kadono, Phys. Rev. B, 98, 075210 (2018). doi:10.1103/PhysRevB.98.075210 [13] K. Shimomura, K. Nishiyama, R. Kadono, Phys. Rev. Lett., 89, 255505 (2002). doi:10.1103/PhysRevLett.89.255505 PMID:12484898 [16] R. Kadono, Appl. Magn. Reson., 13, 37 (1997). doi:10.1007/BF03161970 [17] T. Miyake, T. Ogitsu, S. Tsuneyuki, Phys. Rev. Lett., 81, 1873 (1998). doi:10.1103/PhysRevLett.81.1873 [20] R. Beck, P. F. Meier, A. Schenck, Z. Phys. B Condens. Matter Quanta, 22, 109 (1975). doi:10.1007/BF01322352 [9] T. Miyase, K. Watanabe, I. Sakaguchi, N. Ohashi, K. Domen, K. Nomura, H. Hiramatsu, H. Kumomi, H. Hosono, T. Kamiya, ECS J. Solid State Sci. Technol., 3, Q3085 (2014). doi:10.1149/2.015409jss [10] K. M. Kojima, M. Hiraishi, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, K. Ide, S. Matsuishi, H. Kumomi, T. Kamiya, H. Hosono, Appl. Phys. Lett., 115, 122104 (2019). doi:10.1063/1.5117771 [8] T. Kamiya, K. Nomura, H. Hosono, J. Disp. Technol., 5, 273 (2009). doi:10.1109/JDT.2009.2021582 [2] K. Nomura, H. Ohta, K. Ueda, T. Kamiya, M. Hirano, H. Hosono, Science, 300, 1269 (2003). doi:10.1126/science.1083212 PMID:12764192 [11] R. Kadono, Introduction to Muon Spin Rotation -Materials Science Explored by an Enigmatic Particle- (Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., 2016). [15]M. Hiraishi, K. M. Kojima, M. Miyazaki, I. Yamauchi, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, S. Matsuishi, H. Hosono, Phys. Rev. B 93, 121201(R) (2016). https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevb.93.121201 [3] P. Barquinha, E. Fortunato, A. Gonçalves, A. Pimentel, A. Marques, L. Pereira, R. Martins, Superlattices Microstruct., 39, 319 (2006). doi:10.1016/j.spmi.2005.08.057 [7] H. Li, Y. Guo, J. Robertson, Phys. Rev. Mater., 2, 074601 (2018). doi:10.1103/PhysRevMaterials.2.074601 結晶学的に異なる複数のミュオンサイトが存在し, そのΔの値が異なる場合, 厳密には式 (1) の線形結合を用 いた複数成分での解析が正しい式である. しかしながら, それぞれのΔの値が同程度 ( およそ25%以内) の場合, 占 有率で平均化したΔによる式 (1) で近似することが可能で ある. 2 つのミュオンサイトを仮定した2 成分での解析 は, パラメータの収束が困難であったため, 今回は単一 成分による式 (3) での解析結果を用いた. [18] G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev. B, 47, 558 (1993). doi:10.1103/PhysRevB.47.558 PMID:10004490 [19] C. G. Van de Walle, Phys. Rev. Lett., 85, 1012 (2000). doi:10.1103/PhysRevLett.85.1012 PMID:10991462 [21] M. Hiraishi, K. M. Kojima, H. Okabe, S. Takeshita, A. Koda, R. Kadono, R. Khasanov, S. Iimura, S. Matsuishi, H. Hosono, Phys. Rev. B, 101, 174414 (2020). doi:10.1103/PhysRevB.101.174414 [4] H. J. Kim, S. Y. Park, H. Y. Jung, B. G. Son, C.-K. Lee, C.-K. Lee, J. H. Jeong, Y.-G. Mo, K. S. Son, M. K. Ryu, S. Lee, J. K. Jeong, J. Phys. D Appl. Phys., 46, 055104 (2013). doi:10.1088/0022-3727/46/5/055104 [6] J. Bang, S. Matsuishi, H. Hosono, Appl. Phys. Lett., 110, 232105 (2017). doi:10.1063/1.4985627 [5] K. Nomura, T. Kamiya, H. Yanagi, E. Ikenaga, K. Yang, K. Kobayashi, M. Hirano, H. Hosono, Appl. Phys. Lett., 92, 202117 (2008). doi:10.1063/1.2927306 |
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