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イリジウム酸化物薄膜を舞台としたトポロジカル絶縁体の物質開発

Publicly Offered Research

Project AreaTopological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
Project/Area Number 23103518
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe Institute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

松野 丈夫  独立行政法人理化学研究所, 高木磁性研究室, 専任研究員 (00443028)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywordsトポロジカル絶縁体 / スピン・軌道相互作用 / 電子相関 / パルスレーザー堆積法 / イリジウム酸化物 / エピタキシャル薄膜
Outline of Annual Research Achievements

5d電子系におけるスピン・軌道相互作用が約0.5 eVと大きく、かつ電子相関とも競合するという特長を活かし、電子相関の効いたトポロジカル絶縁体の開発に取り組んだ。昨年度は人工超格子[(SrIrO3)m、SrTiO3]/SrTiO3(001)基板上において半金属(m = ∞)からモット絶縁体(m = 1)までの電子相制御を実証した。理論的にはこれらの超格子はトポロジカル絶縁体に非常に近い、すなわち超格子[(SrIrO3)2、(SrTiO3)2]をSrTiO3(111)面上に作製することで二層のIr原子がハニカム格子にマップでき、その格子の特殊性からトポロジカル絶縁体を実現できるという提案がされている。本年度はその検証を行った。
SrTiO3(111)面上にSrIrO3単膜を合成する条件を探索し、非常に幅広い温度・酸素分圧領域においていわゆる6H相の形成を観測した。6H相はペロブスカイト相ともIrO6八面体からなる共通点を持つが、(111)方向の積層順序が異なる構造となっている。バルクの相図ではペロブスカイト相が高圧安定相、6H相に由来する単斜相が常圧安定相であることから、配向を(001)から(111)に変更したことにより、熱力学的に安定でありかつ(111)と整合性の高い6H相が形成されたと考えられる。一方、SrTiO3と組み合わせて製膜することで、ペロブスカイト相が安定化することを見出し、さらにSrIrO3とSrTiO3を異なる酸素分圧で製膜することにより超格子ピークの観測に成功した。薄膜を用いたイリジウム酸化物の配向・結晶構造制御により、理論で予測されるトポロジカル絶縁体の実現に向けて大きく前進した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2013 2012 2011

All Presentation (8 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Presentation] Electronic Phase Diagram of Ir Oxide Superlattices with Strong Spin-orbit Interaction2013

    • Author(s)
      J. Matsuno
    • Organizer
      2013 EMN West Meeting #8211; Complex Oxide Heterostructures
    • Place of Presentation
      Houston, USA
    • Year and Date
      2013-01-07
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Strong spin-orbit interaction in Ir oxide thin films2012

    • Author(s)
      J. Matsuno
    • Organizer
      5th Indo-Japan Conference on New functionalities in Electronic and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Bangalore, India
    • Year and Date
      2012-10-17
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Strong Spin-orbit Interaction in Ir Oxide Superlattices2012

    • Author(s)
      J. Matsuno
    • Organizer
      第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山
    • Year and Date
      2012-09-13
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Electronic Phase Diagram of Ir Oxide Superlattices with Strong Spin-orbit Interaction2012

    • Author(s)
      J. Matsuno
    • Organizer
      International conference on topological quantum phenomena
    • Place of Presentation
      Nagoya
    • Year and Date
      2012-05-16
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] [(SrIrO_3)m、SrTiO_3]超格子薄膜における物性制御2012

    • Author(s)
      松野丈夫、井原康太、高木英典
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      西宮
    • Year and Date
      2012-03-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of Physical Properties in Ir Oxide Superlattices with Strong Spin-orbit Interaction2011

    • Author(s)
      松野丈夫
    • Organizer
      新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第2回領域研究会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2011-12-18
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Interplay between electron correlation and spin-orbit interaction in Ir oxide thin films2011

    • Author(s)
      J.Matsuno
    • Organizer
      International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
    • Place of Presentation
      守山
    • Year and Date
      2011-11-27
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 硬軟X線領域のL端共鳴散乱が明らかにするd電子の秩序状態2011

    • Author(s)
      松野丈夫
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山(招待講演)
    • Year and Date
      2011-09-22
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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