林 博之(助教)

京都大学工学研究科 材料工学専攻 量子材料学分野

606-8501 京都市左京区吉田本町

hayashiatcms.mtl.kyoto-u.ac.jp

略歴

  • 学歴

2005年3月 京都大学工学部 物理工学科 卒業

2007年3月 京都大学工学研究科 材料工学専攻 修士課程修了

2010年3月 京都大学工学研究科 材料工学専攻 博士後期課程修了 (田中功教授)

  • 職歴

2008年4月 日本学術振興会 特別研究員(DC2) (受入研究者: 京都大学工学研究科 材料工学専攻 田中功教授) 2010年4月 特定領域研究「機能元素のナノ材料科学」 特定研究員 京都大学 2011年4月 研究員 京都大学 2012年4月 JSPS特別研究員(PD)(受入研究者: 京都大学低温物質科学研究センター 寺島孝仁教授) 2015年4月 新学術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓−材料科学の新展開」 特定研究員 京都大学 2015年9月 同 特定助教

研究テーマ

  • キーワード

Pulsed Laser Deposition (PLD)法

X線吸収分光法

第一原理計算

酸化物半導体

Sn(II)酸化物

  • Mnの価数制御によるMn添加GaNの磁性制御[1]

「磁性体と半導体」という二つの特性を有する希薄磁性半導体は,次世代スピントロニクスの基幹材料として注目を集めており,新しいデバイス応用へ向けた研究開発が現在世界中で活発に行われています.その端緒となったのが,マンガン添加砒化ガリウム(GaAs) [H. Ohno et al., Appl. Phys. Lett. 69, 363 (1996)]等における強磁性の発現で,その後の様々な実験および理論的考察から,強磁性発現機構に関する知見も数多く報告されています.その多くに共通しているのがキャリアを仲介してMnの磁気モーメントが揃うというメカニズムです.さらなる材料探索によって,ワイドギャップ半導体である酸化チタン(TiO2)や窒化ガリウム(GaN)等に3d遷移金属元素を添加した系において強磁性発現が報告されました.その中で申請者は,マンガン添加GaNが940 Kという極めて高い強磁性転移温度を発現する報告[2]に着目し,その強い磁気的相互作用の起源を解明することを目的として研究を行っています.特に,従来は十分に理解がなされていない,磁気特性に直接関係するマンガンの電子状態(価数やスピン状態)やその局所環境に注目し,実験および理論計算による解析を進めました.

  • 室温強磁性を示すMn添加Ga2O3薄膜の作製と構造解析[3]

上述の研究で得られた知見をもとに、本研究ではワイドギャップ半導体の一つである酸化ガリウム(Ga2O3)にマンガンを添加した系の作製を行い、これが室温以上で強磁性を示すということを報告しました。これらの結果は、希薄磁性体の磁気特性がマンガン等の添加元素の価数や配位環境に依存することを示しており、これらを精緻に制御することが今後の材料開発の課題となります。

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  • n型およびp型SnOの選択的合成[4]

スズは4価の酸化物であるSnO2がよく知られていますが、2価の酸化物であるSnOはp型電気伝導性を示す酸化物半導体として近年注目されています。いくつかの先行研究[5-7]において、n型SnOの作製が試みられていましたが、相容れない結果が得られていました。本研究では、PLD法における作製条件を精確に制御することで、不純物元素を添加せずにn型とp型SnOを作製し分けることができることを報告しました。

Bibliography

[1] S. Sonoda, I. Tanaka, F. Oba, H. Ikeno, H. Hayashi, et al., Appl. Phys. Lett. 90, 012504-1 (2007).

[2] S. Sonoda et al., J. Cryst. Growth. 237-239, 1358 (2002).

[3] H. Hayashi, R. Huang, H. Ikeno, F. Oba, S. Yoshioka, I. Tanaka, and S. Sonoda, Appl. Phys. Lett. 89, 181903-1 (2006).

[4] H. Hayashi, S. Katayama, R. Huang, K. Kurushima, and I. Tanaka, Phys. Status Solidi RRL 9 192 – 196 (2015).

[5] W. Guo et al., Appl. Phys. Lett. 96, 042113 (2010).

[6] H. Hosono et al., Electrochem. Solid St. 14, H13 (2011).

[7] L. Y. Liang, et al., J. Phys. D Appl. Phys. 45, 085101 (2012).

発表論文

  1. A. Seko, A. Togo, H. Hayashi, K. Tsuda, L. Chaput, and I. Tanaka, “Discovery of low thermal conductivity compounds with first-principles anharmonic lattice dynamics calculations and Bayesian optimization”, Phys. Rev. Lett. 115, 205901 (2015).
  2. H. Hayashi, S. Katayama, R. Huang, K. Kurushima, and I. Tanaka “Selective Fabrication of n- and p-type SnO Films without Doping” Phys. Status Solidi RRL 9 192 – 196 (2015).
  3. S. Katayama, Y. Ogawa, H. Hayashi, F. Oba, I. Tanaka “Epitaxial growth of tin(II) niobate with a pyrochlore structur” J. Cryst. Growth 416 126 – 129 (2015).
  4. R. Ishikawa, A. Lupini, F. Oba, S. Findlay, N. Shibata, T. Taniguchi, K. Watanabe, H. Hayashi, T. Sakai, I. Tanaka, Y. Ikuhara, and S. Pennycook “Atomic Structure of Luminescent Centers in High-Efficiency Ce-doped w-AlN Single Crystal” Sci. Rep. 4, 3778-1– 3778-5 (2014).
  5. S. Katayama, Y. Ogawa, H. Hayashi, F. Oba, and I. Tanaka “Fabrication and Characterization of Sn2M2O7 (M=Nb, Ta) Thin Films” AMTC letters 4, 174 – 175 (2014).
  6. H. Hayashi, S. Katayama, R. Huang, F. Oba, and I. Tanaka “Structure and Electron Transport of Undoped n-SnO Films” AMTC letters 4, 190 – 191 (2014).
  7. T. Yokoyama, F. Oba, A. Seko, H. Hayashi, Y. Nose, and Isao Tanaka “Theoretical Photovoltaic Conversion Efficiencies of ZnSnP2, CdSnP2, and Zn1-xCdxSnP2 Alloys” Appl. Phys. Express 6, 061201-1 – 061201-3 (2013).
  8. H. Hayashi, R. Huang, F. Oba, T. Hirayama, and I. Tanaka “Site preference of cation vacancies in Mn-doped Ga2O3 with defective spinel structure” Appl. Phys. Lett. 101, 241906-1 – 241906-3 (2012).
  9. H. Akamatsu, K. Fujita, H. Hayashi, T. Kawamoto, Y. Kumagai, Y. Zong, K. Iwata, F. Oba, I. Tanaka, and K. Tanaka “Crystal and Electronic Structure and Magnetic Properties of Divalent Europium Perovskite Oxides EuMO3 (M = Ti, Zr, and Hf): Experimental and First-Principles Approaches” Inorg. Chem. 51, 4560 – 4567 (2012).
  10. H. Hayashi, R. Huang, F. Oba, T. Hirayama, and I. Tanaka First-principles Study of Electronic Structure in Mn-doped g-Ga2O3AMTC Letters 3, 118 – 119 (2012).
  11. S. Katayama, H. Hayashi, F. Oba, and I. Tanaka “Epitaxial Growth and Characterization of Rocksalt ZnO Thin Films with Low-Level NiO Alloying” Jpn. J. Appl. Phys., 50, 075503-1 – 075503-5 (2011).
  12. H. Hayashi, R. Huang, F. Oba, T. Hirayama, and I. Tanaka “Atomistic structure and energetics of interface between Mn-doped g-Ga2O3 and MgAl2O4J. Mater. Sci., 46, 4169 – 4175 (2011).
  13. H. Hayashi, R. Huang, F. Oba, T. Hirayama, and I. Tanaka Epitaxial growth of Mn-doped g-Ga2O3 on spinel substrate” J. Mater. Res. 26, 578 – 583 (2011).
  14. H. Hayashi, R. Huang, X. Wang, F. Oba, T. Hirayama, and I. Tanaka Synthesis of Mn-doped Ga2O3 Epitaxial Thin Film with Spinel Structure” AMTC Letters 2, 234 – 235 (2010).
  15. H. Hayashi, R. Huang, H. Ikeno, S. Sonoda, F. Oba, and I. Tanaka “Characterization of Ga2O3:Mn thin films with room temperature ferromagnetism” AMTC Letters 1, 276 – 277 (2008).
  16. S. Yoshioka, H. Hayashi, A. Kuwabara, F. Oba, K. Matsunaga, and I. Tanaka “Structures and energetics of Ga2O3 polymorphs” J. Phys.: Condens. Matter 19, 346211-1 – 346211-11 (2007).
  17. R. Huang, H. Hayashi, F. Oba, and I. Tanaka, “Microstructure of Mn-doped g-Ga2O3 epitaxial film on sapphire (0001) with room temperature ferromagnetism” J. Appl. Phys. 101, 063526-1 – 063526-6 (2007).
  18. S. Sonoda, I. Tanaka, F. Oba, H. Ikeno, H. Hayashi, T. Yamamoto, Y. Yuba, Y. Akasaka, K. Yoshida, M. Aoki, M. Asari, T. Araki, Y. Nanishi, K. Kindo, and H. Hori “Awaking of ferromagnetism in GaMnN through control of Mn valence” Appl. Phys. Lett. 90, 012504-1 – 012504-3 (2007).
  19. H. Hayashi, R. Huang, H. Ikeno, F. Oba, S. Yoshioka, I. Tanaka, and S. Sonoda “Room temperature ferromagnetism in Mn-doped g-Ga2O3 with spinel structure” Appl. Phys. Lett. 89, 181903-1 – 181903-3 (2006).

招待講演

  1. H. Hayashi
    “Atomic and electronic structure of Mn-doped Ga2O3 thin films and interfaces with MgAl2O4 substrates” Invited speech, Collaborative Conference on Crystal Growth, June 10-13, 2013, Cancun, Mexico

受賞歴

  1. “Award for Encouragement of Research in Thin Film”
    The 15th International Conference on Thin Film (ICTF-15), 2011, Kyoto.