2016 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物量子井戸構造に誘起される新奇な2次元電子液体とその機能
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16H02115
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Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
Principal Investigator |
組頭 広志 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00345092)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀場 弘司 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (10415292)
簑原 誠人 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別助教 (70728633)
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Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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Keywords | 量子井戸構造 / 角度分解光電子分光 / 強相関電子系 / 酸化物ヘテロ構造 / 機能性ナノ構造 / バンド構造 / 放射光 / 酸化物薄膜 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化物量子井戸構造内に閉じ込められた強相関電子が示す2次元電子液体(「金属」量子化状態)の新奇な2次元電子液体の本質を明らかにし、その知見に基づいて新たな機能を開拓することを目的としている。そのために、高輝度放射光を用いて酸化物量子井戸構造内のスピン・軌道・量子化状態を可視化する「偏光可変スピン・軌道分解角度分解光電子分光(ARPES)装置」の建設を行った。また、装置立ち上げと平行して既存の装置を用いた研究を行った。 Photon Factoryにおいて偏光(垂直、水平、右円、左円)を切り替え可能なビームラインBL2A MUSASHIを運用し始め、偏光依存ARPES測定が可能になった。これにより、V 3d状態の量子化状態を軌道毎に分離して決定出来るようになり、下記の研究結果を得た。
1)SrVO3/SrTiO3/SrVO3二重量子井戸構造における量子化状態の干渉についての研究を遂行した。その結果、SrTiO3絶縁バリアー層で隔てられたSrVO3金属量子井戸内の量子化状態がお互いに干渉している様子を軌道毎に分離して観測することに成功した。また、この干渉効果はSrVO3の量子化準位位置およびSrTiO3絶縁バリアー層の膜厚により制御できることを見いだした。加えて、これらの実験結果がバンド計算の結果とよい一致を示すこと、つまり量子干渉効果により説明できることを明らかにした。これにより、二重量子井戸構造を用いた強相関電子の波動関数の設計指針を確立した。
2)SrVO3量子井戸構造の膜厚依存金属-絶縁体転移(MIT)近傍における非フェルミ液体的振る舞いについて調べるために、詳細な偏光依存ARPES測定を行い、そのスペクトルの詳細解析を行った。その結果、2次元電子液体の金属極限において量子臨界点が存在していること明らかにした。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
既存装置を用いた偏光(垂直、水平、右円、左円)依存角度分解光電子分光実験は順調に遂行されている。また、開発中の新型スピン分解ARPES装置は性能評価の段階で設計に不具合が生じていることが判明したが、スピン検出器用真空槽の予算をH29年度に繰り越すことで対応した。ただ、そのためスピン分解ARPESのテーマに関する遅れが見られるが、想定の範囲内である。
一方で、2重量子井戸構造における量子干渉効果を用いて強相関電子の波動関数を設計できることが明らかになり、モットトランジスタへの展開が期待される。そのために、本研究課題の目的を達成する上で、酸化物量子井戸構造の作製および評価のための装置の整備に重点を置いた。
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Strategy for Future Research Activity |
1)既存装置を用いて、面方位の異なる基板((001)、(110)、(111))上に作製したSrVO3量子井戸構造での軌道選択的量子化状態を明らかにする。
2)酸化物半導体アナターゼTiO2表面にKを吸着させることで、表面に誘起される2次元電子液体についてARPESによりその量子化状態を明らかにする。
これらの既存装置による研究と同時並行して、強相関量子井戸構造に誘起される2次元電子液体状態の電子(量子化)・スピン(スピン軌道相互作用)・軌道の状態を可視化するために、高輝度放射光の偏光性と光電子検出器の新ディフレクター機能を組み合わせた「スピン・軌道分解ARPES装置」の調整を進める。本装置はPFの偏光可変ビームラインに設置され、広角取り込み(x軸方向:±15°)での測定ができるまでになったが、まだ新デフレクター機能の調整が難航している。そのため、今後は新デフレクター機能の調整に重点を置く。これらを用いて、広角取り込み(x軸方向:±15°)でARPESスキャン(y軸方向:±10°)を行うことで、放射光と試料の幾何学的配置を保ったまま対象試料のフェルミ面マッピングすることを可能にする。
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Research Products
(52 results)
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[Journal Article] Ce 4f electronic states of CeO1-xFxBiS2 studied by soft X-ray photoemission spectroscopy2017
Author(s)
T. Wakita, K. Terashima, T. Hamada, H. Fujiwara, M. Minohara, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, G. Kutluk, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanaka, S. Demura, H. Okazaki, Y. Takano, Y. Mizuguchi, O. Miura, K. Okada, Y. Muraoka, and T. Yokoya
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Pages: 085109[1-9]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dirac Fermions in Borophene2017
Author(s)
Baojie Feng, Osamu Sugino, Ro-Ya Liu, Jin Zhang, Ryu Yukawa, Mitsuaki Kawamura, Takushi Iimori, Howon Kim, Yukio Hasegawa, Hui Li, Lan Chen, Kehui Wu, Hiroshi Kumigashira, Fumio Komori, Tai-Chang Chiang, Sheng Meng, Iwao Matsuda
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 118
Pages: 096401[1-6]
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Interlayer states arising from anionic electrons in the honeycomb lattice-based compounds AeAlSi (Ae = Ca, Sr, Ba)2017
Author(s)
Yangfan Lu, Tomofumi Tada, Yoshitake Toda, Shigenori Ueda, Jiazhen Wu, Jiang Li, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Yaoqing Zhang, and Hideo Hosono
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Pages: 125117[1-9]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Resonant Photoemission and X-ray Absorption Spectroscopies of Lithiated Magnetite Thin Film2017
Author(s)
Takashi Tsuchiya, Kinya Kawamura, Wataru Namiki, Shoto Furuichi, Makoto Takayanagi, Makoto Minohara, Masaki Kobayashi, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kazuya Terabe, Tohru Higuchi
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.
Volume: 56
Pages: 04CK01[1-5]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Phonon-dressed two-dimensional carriers on the ZnO surface2016
Author(s)
R. Yukawa, K. Ozawa, S. Yamamoto, H. Iwasawa, K. Shimada, E. F. Schwier, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira, H. Namatame, M. Taniguchi, and I. Matsuda
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 94
Pages: 165313[1-5]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Hubbard band or oxygen vacancy states in the correlated electron metal SrVO3?2016
Author(s)
S. Backes, T. C. Rodel, F. Fortuna, E. Frantzeskakis, P. Le Fevre, F. Bertran, M. Kobayashi, R. Yukawa, T. Mitsuhashi, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, R. Saint-Martin, A. Fouchet, B. Berini, Y. Dumont, A. J. Kim, F. Lechermann, H. O. Jeschke, M. J. Rozenberg, R. Valenti, and A. F. Santander-Syro
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Journal Title
Phys. Rev. B.
Volume: 94
Pages: 241110R[1-7]
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic structure of c-axis controlled α-Fe2O3 thin film probed by soft-X-ray spectroscopy2016
Author(s)
Kinya Kawamura, Naoya Suzuki, Takashi Tsuchiya, Shohei Yamaguchi, Masanori Ochi, Takaaki Suetsugu, Makoto Minohara, Masaki Kobayashi, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, and Tohru Higuchi
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.
Volume: 55
Pages: 06GJ04[1-4]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Ce Core-Level Spectroscopy, and Magnetic and Electrical Transport Properties of Lightly Ce-Doped YCoO32016
Author(s)
Yoshihiko Kobayashi, Tsuyoshi Koike, Mario Okawa, Ryohei Takayanagi, Shohei Takei, Makoto Minohara, Masaki Kobayashi, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Akira Yasui, Eiji Ikenaga, Tomohiko Saitoh, and Kichizo Asai
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 85
Pages: 114704[1-8]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Epitaxial growth and electric properties of γ-Al2O3 films on β-Ga2O3 substrates2016
Author(s)
Mai Hattori, Takayoshi Oshima, Ryo Wakabayashi, Kohei Yoshimatsu, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, and Akira Ohtomo
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.
Volume: 55
Pages: 1202B6[1-5]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Slater to Mott crossover in the metal to insulator transition of Nd2Ir2O72016
Author(s)
M. Nakayama, Takeshi Kondo, Z. Tian, J.J. Ishikawa, M. Halim, C. Bareille, W. Malaeb, K. Kuroda, T. Tomita, S. Ideta, K. Tanaka, M. Matsunami, S. Kimura, N. Inami, K. Ono, H. Kumigashira, L. Balents, S. Nakatsuji, and S. Shin
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 117
Pages: 056403[1-6]
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Surface Kondo effect and non-trivial metallic state of the Kondo insulator YbB122016
Author(s)
Hagiwara Kenta、Ohtsubo Yoshiyuki、Matsunami Masaharu、Ideta Shin-ichiro、Tanaka Kiyohisa、Miyazaki Hidetoshi、Rault Julien E.、F?vre Patrick Le、Bertran Fran?ois、Taleb-Ibrahimi Amina、Yukawa Ryu、Kobayashi Masaki、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Sumida Kazuki、Okuda Taichi、Iga Fumitoshi、Kimura Shin-ichi
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Journal Title
Nat. Comm.
Volume: 7
Pages: 12690[1-6]
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] ペロブスカイト酸化物LaNiO3/LaMnO3へテロ構造における界面強磁性の起源解明2017
Author(s)
北村未歩,堀場弘司,小林正起,坂井延寿,簔原誠人,湯川龍,三橋太一,雨宮健太, 野中洋亮, 芝田悟朗, 藤森淳, 藤岡洋, 組頭広志
Organizer
第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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[Presentation] Construction of wide-energy-range VUV-SX beamline BL-2 MUSASHI at KEK-PF2016
Author(s)
K. Horiba, M. Minohara, T. Mitsuhashi, K. Amemiya, A. Yagishita, Y. Kitajima,A. Toyoshima, H. Tanaka, T. Kikuchi, T. Mori, Y. Saito, K. Nigorikawa, Y. Nagatani,T. Kosuge, and H. Kumigashira
Organizer
39th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX2016)
Int'l Joint Research
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[Presentation] ペロブスカイト酸化物LaNiO3/LaMnO3へテロ界面における界面強磁性の発現2016
Author(s)
北村未歩, 堀場弘司, 小林正起, 坂井延寿, 簔原誠人, 湯川龍, 三橋太一, 雨宮健太, 藤森淳, 藤岡洋, 組頭広志, 野中洋亮, 芝田悟朗
Organizer
日本物理学会2016年秋季大会
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