2019 Fiscal Year Annual Research Report
Realization and Control of Novel Quantum Spin Liquid in Epitaxial Thin Films
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18J21922
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
根岸 真通 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | エピタキシー / 強相関電子系 / ディラック半金属 / 磁気転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は、2018年度に進展のあった相関ディラック線ノード半金属・ペロブスカイト型イリジウム酸化物CaIrO3とSrIrO3について、バルク・薄膜両方で試料合成を行い、試料品質の向上を図った。バルクでは、高温高圧環境での固相反応法によって単結晶の育成を行った。その結果、目的相が実現する温度付近で時間をかけて降温させたのちに急冷を行うことで、CaIrO3とSrIrO3両方の単結晶試料を得ることに成功した。特に、SrIrO3の単結晶試料は、先行研究が存在せず、本研究で初めて実現された。しかし、現状では、試料の結晶性や大きさが電気輸送特性を評価するのに十分でないという課題があり、目的とするディラック電子由来の電気輸送特性を測定するには至らなかった。
薄膜試料についても、製膜環境や基板の再調整を行った。その結果、SrIrO3について、薄膜が基板から受ける化学的圧力が小さいほど、キャリア移動度が大きくディラック電子の特性を調べるのに適した傾向があることが判明した。しかし、当該年度に行った製膜条件探索の範囲内では、キャリア移動度を、従来試料群から大きく改善することはできなかった。
また、キタエフ型量子スピン液体候補物質α-Li2IrO3について、様々な基板を用いて薄膜試料を合成した。その結果、目的の層状ハニカム型構造を高い結晶度で再現性よく実現することは難しいことが分かった。これは、軽元素Liが真空蒸着と相性が悪いことや、α-Li2IrO3が水に弱く取り扱いが難しいことが原因と考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
キタエフ型量子スピン液体候補物質については、薄膜試料の製膜が想定より困難で再現性が低く、基板変更の効果を比較検討するのが難しかったため、当初の計画より遅れている。
相関ディラック線ノード半金属・ペロブスカイト型イリジウム酸化物では、バルク単結晶試料の合成について成果があった。しかし、現状では、試料の品質・大きさの問題から、ディラックノード由来の電気輸送特性を観測するには至っていない。
以上を総合すると、やや遅れていると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究では、相関ディラック電子系ペロブスカイト型SrIrO3やCaIrO3について、元素置換系の非磁性半金属‐磁性絶縁体転移の調査や、単結晶試料の実現など、一定の進捗があった。しかし、試料合成の困難さに起因する課題があり、SrIrO3とCaIrO3に限定しては、最終年度の1年間で研究を大きく進捗させることは難しいと考えられる。そこで、今後は、新しいペロブスカイト型イリジウム酸化物実現の可能性を模索することによって広範な物質群での電子特性の比較を可能にし、相関ディラック電子系の探究を深める方針を取る。
具体的には、ペロブスカイト型イリジウム酸化物のAサイトを、MgやZnなど非磁性元素で置換した系について薄膜試料の製膜を行い、基板からの化学的圧力を利用して結晶相の制御を行う。
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