Novel properties of two-dimensional electrons at the unique (111) interface in perovskite oxides

• Project/Area Number: 22K14001
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 村上 裕美子 (片山裕美子) 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (60748680)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: ペロブスカイト酸化物 / 輸送特性 / 界面伝導

Outline of Research at the Start

本研究では、(111)配向性をもつペロブスカイト酸化物薄膜を作成し、疑ハニカム構造をとるヘテロエピタキシャル界面、固-液界面におけるキャリア濃度、スピン軌道相互作用を制御することにより、新奇物性を探索することを目的とする。とりわけスピン軌道相互作用の強い第5,6周期の遷移金属を用いたペロブスカイト遷移金属酸化物の[111]方向に成長させた薄膜の物性を探索する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では（１１１）配向性をもつペロブスカイト酸化物薄膜を作成し、疑ハニカム構造をとるヘテロエピタキシャル界面、固-液界面におけるキャリア濃度、スピン
軌道相互作用を制御することにより、新奇物性を探索することを目的としている。
SrNbO3について、（００１）および（１１１）配向性薄膜の測定を行った。SrNbO3金属薄膜の特性を見るため、界面伝導の生じないLSATを基板として用いた。（００１）面方位上では、３～１０ nmの膜厚領域において、磁気抵抗の測定結果が弱反局在をしめした。磁気抵抗の解析により、本薄膜においては、D’Yakonov-Perel機構に基づくRashba効果が支配的であることが示唆された。見積もられたRashbaパラメータは、1×10^-12 eVm程度となり、単体の酸化物薄膜において報告されている値としては最大となった。（１１１）基板上については、同様に膜厚依存性試料を作製し、膜厚低下による金属-絶縁体転移を観測した。極薄膜領域では、弱局在、弱反局在が観測されており、解析を進めている段階にある。
SrTaO3については、（００１）（１１１）LSAT上に基板温度、膜厚を制御して成膜を行った。膜厚低下に伴う金属絶縁体転移を観測した。配向性については（００１）は３０ nm付近で移動度最大値を示した。これは、膜厚がある閾値（３０ nm）を超えると、結晶性が低下することを示唆している。SrTaO3自体の作成例の報告は希少であるため、外部情報発信の準備を進めている。

Research Products

• [Journal Article] Large Rashba parameter for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:math> strongly correlated perovskite oxide <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>SrNb</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> ultrathin films (2024)
  • Author(s): Okuma Hikaru、Katayama Yumiko、Ueno Kazunori
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 8 Issue: 1 Pages: 015001-015001
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.8.015001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport properties around the metal-insulator transition for SrVO3 ultrathin films fabricated by electrochemical etching (2022)
  • Author(s): Okuma Hikaru、Katayama Yumiko、Otomo Keisuke、Ueno Kazunori
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Issue: 4 Pages: 045138-10
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.045138
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strain modulated luminescence in (Ca,Sr)TiO3:Pr3+ perovskite thin films (2022)
  • Author(s): Katayama Yumiko、Ueno Kazunori
  • Journal Title: Journal of Luminescence Volume: 241 Pages: 118492-118492
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2021.118492
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高い正孔移動度を持つゲルマナン薄膜の成膜条件最適化 (2023)
  • Author(s): 片山裕美子、小林大輝、安武裕輔、深津晋、上野和紀
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] イオン液体ゲーティングによるSrNbO3/KTaO3界面のラシュバ効果制御 (2023)
  • Author(s): 大熊光 、片山裕美子 、上野和紀
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] High Hole Mobility in Two-Dimensional Germanane Thin Films (2023)
  • Author(s): Yumiko Katayama, Daiki Kobayashi, Yuhsuke Yasutake, Susumu Fukatsu, Kazunori Ueno
  • Organizer: 2023 MRS SPRING
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Large Rashba spin-orbit-coupling for metallic oxide films (2023)
  • Author(s): Hikaru Okuma, Yumiko Katayama, and Kazunori Ueno
  • Organizer: APS March Meeting 2023
• [Presentation] SrTaO3エピタキシャル薄膜の輸送特性 (2022)
  • Author(s): 〇片山裕美子 、大熊光 、門脇福延 、徳本有紀、上野和紀
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 伝導性酸化物SrNbO3極薄膜の巨大ラシュバパラメータ (2022)
  • Author(s): 大熊光 、片山裕美子 、上野和紀
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会