分子線エピタキシー成長による人工ネマティック構造の創製

• Project Area: Physical Properties of Quantum Liquid Crystals
• Project/Area Number: 22H04471
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 打田 正輝 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50721726)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ネマティック相 / 薄膜

Outline of Research at the Start

二層ルテニウム酸化物Sr3Ru2O7は、強い量子揺らぎを持つ電子ネマティック相の代表系として、高純度なバルク単結晶を用いた研究が進められてきた。本研究では、高品質なルテニウム酸化物薄膜の作製を可能にする分子線エピタキシー法を利用して、バルク単結晶では不可能なパラメータを制御した人工ネマティック構造の実現を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

分子線エピタキシー法により、二層ルテニウム酸化物Sr3Ru2O7の高品質な単結晶薄膜の作製に成功した。さらに、基板からのエピタキシャル歪みによって、ネマティック秩序を伴うメタ磁性転移がゼロ磁場へと移動し、大きな飽和磁化を持つ強磁性基底状態が安定化する振る舞いが現れることがわかった。第一原理計算との比較の結果、基板からの巨大な引張歪みによって面直方向のRu-Ru間距離が大きく減少し、強磁性交換相互作用が増大することで、強磁性状態が現れることが明らかになった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Intrinsic insulating transport characteristics in low-carrier density EuCd2As2 films (2024)
  • Author(s): Nishihaya Shinichi、Nakamura Ayano、Ohno Mizuki、Kriener Markus、Watanabe Yuto、Kawasaki Masashi、Uchida Masaki
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 124 Issue: 2 Pages: 023103-023103
  • DOI: 10.1063/5.0183907
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Edge and Bulk States in Weyl-Orbit Quantum Hall Effect as Studied by Corbino Measurements (2024)
  • Author(s): Y. Nakazawa, R. Kurihara, M. Miyazawa, S. Nishihaya, M. Kriener, M. Tokunaga, M. Kawasaki, M. Uchida
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 93 Issue: 2 Pages: 0237061-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.93.023706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Berry curvature derived negative magnetoconductivity observed in type-II magnetic Weyl semimetal films (2024)
  • Author(s): Nakamura Ayano、Nishihaya Shinichi、Ishizuka Hiroaki、Kriener Markus、Ohno Mizuki、Watanabe Yuto、Kawasaki Masashi、Uchida Masaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.109.l121108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferromagnetic state with large magnetic moments realized in epitaxially strained Sr3Ru2O7 films (2024)
  • Author(s): Oshima Ren、Hatanaka Tatsuto、Nishihaya Shinichi、Nomoto Takuya、Kriener Markus、Fujita Takahiro C.、Kawasaki Masashi、Arita Ryotaro、Uchida Masaki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 109 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.109.l121113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic excitations in the square-lattice iridate Ba2IrO4 (2023)
  • Author(s): J. P. Clancy, H. Gretarsson, A. Lupascu, J. A. Sears, Z. Nie, M. H. Upton, J. Kim, Z. Islam, M. Uchida, D. G. Schlom, K. M. Shen, and Y.-J. Kim
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Issue: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.054423
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strain-modulated anisotropic electronic structure in superconducting RuO2 films (2022)
  • Author(s): Occhialini Connor A.、Martins Luiz G. P.、Fan Shiyu、Bisogni Valentina、Yasunami Takahiro、Musashi Maki、Kawasaki Masashi、Uchida Masaki、Comin Riccardo、Pelliciari Jonathan
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 6 Issue: 8 Pages: 084802-084807
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.6.084802
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Triangular-Lattice Magnetic Semiconductor Producing Giant Anomalous Hall Signals (2023)
  • Author(s): M. Uchida
  • Organizer: 2023 MRS Spring Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Control of magnetic ground states in largely strained Sr3Ru2O7 films (2023)
  • Author(s): M. Uchida
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁性ワイル半金属EuCd2Sb2薄膜における磁気輸送特性の磁場方位依存性 (2023)
  • Author(s): 中村彩乃, 西早辰一,Markus Kriener, 渡辺悠斗,川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] ワイル半金属候補物質EuCd2As2の薄膜作製による低キャリア濃度化 (2023)
  • Author(s): 西早辰一, 中村彩乃, 大野瑞貴, Markus Kriener, 渡辺悠斗, 川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] 磁性ワイル半金属薄膜における磁気輸送現象 (2023)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
  • Invited
• [Presentation] EuCd2薄膜における多成分トポロジカルホール効果の特異な履歴特性 (2023)
  • Author(s): 渡辺悠斗, 西早辰一,Markus Kriener, 中村彩乃,川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] 分子線エピタキシー法により作製したSrRuO3薄膜の量子輸送状態の評価 (2023)
  • Author(s): 松木優太, 西早辰一, 大島 蓮, 三輪史哉, 打田正輝
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Molecular beam epitaxy of Ruddlesden-Popper strontium ruthenates (2023)
  • Author(s): R. Oshima, Y. Matsuki, T. Hatanaka, S. Nishihaya, F. Miwa, T. Nomoto, M. Kriener, T. C. Fujita, M. Kawasaki, R. Arita, M. Uchida
  • Organizer: 29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE29)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Controlling magnetic ground states of Sr3Ru2O7 by epitaxial strain (2023)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 令和5年度 新学術領域「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] Berry curvature derived negative magnetoconductivity in type-II magnetic Weyl semimetal EuCd2Sb2 films (2023)
  • Author(s): A. Nakamura, S. Nishihaya, H. Ishizuka, M. Kriener, M. Ohno, Y. Watanabe, M. Kawasaki, M. Uchida
  • Organizer: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Examining multi-component quantum oscillations in SrRuO3 films (2023)
  • Author(s): Y. Matsuki, S. Nishihaya, M. Kriener, R. Oshima, F. Miwa, M. Uchida
  • Organizer: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-component topological Hall effect observed in films of a frustrated magnet EuCd2 (2023)
  • Author(s): S. Nishihaya, Y.Watanabe, M. Kriener, A. Nakamura, M. Uchida
  • Organizer: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changing magnetic ground states by epitaxial strain in Sr3Ru2O7 films (2023)
  • Author(s): R. Oshima, T. Hatanaka, S. Nishihaya, T. Nomoto, M. Kriener, T. C. Fujita, M. Kawasaki, R. Arita, M. Uchida
  • Organizer: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化物ヘテロ界面における異方的な歪み状態の解明と機能創出 (2023)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 新学術領域「機能コアの材料科学」2023年度公開シンポジウム
• [Presentation] SrRuO3薄膜における多成分量子振動の解析 (2023)
  • Author(s): 松木優太, 西早辰一, Markus Kriener, 大島蓮, 三輪史哉, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Magnetotransport of magnetic Weyl semimetal candidate EuZn2Sb2 films (2023)
  • Author(s): Hsiang Lee, 西早辰一, 中村彩乃, Markus Kriener, 渡辺悠斗, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 磁性ワイル半金属薄膜における面内異常ホール効果の観測 (2023)
  • Author(s): 中村彩乃, 西早辰一, 石塚大晃, Markus Kriener, 渡辺悠斗, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Maximizing anomalous Hall effect by tuning the Fermi level in simple Weyl semimetal EuCd2Sb2 (2023)
  • Author(s): M. Uchida, M. Ohno, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, R. Arita, M. Kawasaki
  • Organizer: 2023 American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁性ワイル半金属EuCd2Sb2薄膜における磁気抵抗の特徴変化 (2023)
  • Author(s): 中村彩乃, 西早辰一, 大野瑞貴, 渡辺悠斗, 川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] EuA2(A = Cd,Zn)薄膜におけるトポロジカルホール効果の比較 (2023)
  • Author(s): 渡辺悠斗, 西早辰一, M. Kriener, 中村彩乃, 川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] EuCd2エピタキシャル薄膜における多成分トポロジカルホール効果の観測 (2023)
  • Author(s): 西早辰一, 渡辺悠斗, M. Kriener, 中村彩乃, 川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Sr3Ru2O7薄膜における巨大エピタキシャル歪みにより誘起された強磁性状態 (2023)
  • Author(s): 大島蓮, 西早辰一, 藤田貴啓, M. Kriener, 川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Quantum Hall conduction on topological semimetal Fermi arcs (2022)
  • Author(s): M. Uchida
  • Organizer: 15th Asia Pacific Physics Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 強磁場を利用した半金属・半導体薄膜の新奇量子輸送状態に関する研究 (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 第4回強磁場フォーラム
  • Invited
• [Presentation] Fabrication and control of Sr3Ru2O7 films by molecular beam epitaxy (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 令和4年度 新学術領域「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] 酸化物ヘテロ界面における異方的な歪み状態の解明と機能創出 (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 新学術領域「機能コアの材料科学」領域全体会議
• [Presentation] 分子線エピタキシー成長による人工ネマティック構造の創製 (2022)
  • Author(s): 打田正輝
  • Organizer: 新学術領域「量子液晶の物性科学」公募班キックオフミーティング
• [Presentation] Maximizing anomalous Hall effect by tuning the Fermi level in simple Weyl semimetal films (2022)
  • Author(s): M. Ohno, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, R. Arita, M. Kawasaki, M. Uchida
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EuCd2薄膜における巨大なトポロジカルホール効果の観測 (2022)
  • Author(s): 渡辺悠斗, 西早辰一, 中村彩乃, 打田正輝
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 分子線エピタキシー法による高品質Sr3Ru2O7薄膜の作製と評価 (2022)
  • Author(s): 大城蓮, 西早辰一, 藤田貴啓, 川﨑雅司, 打田正輝
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会