酸化物電荷移動界面におけるバンド構造の元素選択的直接観測

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14130
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 北村 未歩 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, 助教 (00783581)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 酸化物界面 / 光電子分光 / 角度分解光電子分光 / 放射光

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、酸化物ヘテロ界面で発現する特異物性の起源にアプローチすることを目的として研究を行った。この目的を達成するために、酸化物単結晶基板上にペロブスカイト型遷移金属酸化物のヘテロ構造を作製し、元素の吸収端のエネルギーを用いた共鳴角度分解光電子分光により、元素選択的な界面バンド構造の評価を行った。レーザー分子線エピタキシー法を用いて、膜厚を分子層レベルで制御しながら各層の膜厚が異なる複数の積層構造を作製し、膜厚変化に伴うバンド構造の系統的な変化を解析した。
昨年度は、これまでの研究から界面で電荷移動による遷移金属イオンの価数変化が起こると考えられるLaNiO3とLaMnO3のヘテロ界面をターゲットとしたが、LaMnO3の元々のバンド構造が非常に観測困難でありLaNiO3/LaMnO3ヘテロ界面の共鳴角度分解光電子分光では、電荷移動によるバンド変調を捉えることができなかった。
今年度は、よりバンド構造が見やすい、LaMnO3から少し組成を変化させたLa1-xSrxMnO3にターゲットを変更し実験を行った。半導体であるLaMnO3とは異なり、金属であるLa1-xSrxMnO3では変調前の電子バンドを明瞭に観測できた。さらにこのLa1-xSrxMnO3とLaNiO3のヘテロ構造を作製し、電荷移動によるバンド変調があるか否かを測定した。しかしながら今年度は、職級が変わりこの研究以外の業務がかなり増えたため測定結果の解析を十分に進めることができなかった。そのため来年度に１年間研究期間の延長を行い、電荷移動に伴うバンド変調の詳細な解析を進める予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

今年度はターゲットを金属であるLa1-xSrxMnO3に変更することによって、変調前の電子バンドを明瞭に観測できた。しかしながら今年度は、職級が変わりこの研究以外の業務がかなり増えたため測定結果の解析を十分に進めることができなかった。

Strategy for Future Research Activity

来年度は、電子バンドを捉えることのできたLa1-xSrxMnO3とLaNiO3のヘテロ界面における電荷移動に伴うバンド変調の詳細な解析を進める予定である。

Causes of Carryover

今年度は、予定していた段階まで研究が進捗しなかった。今年度は、職級が変わりこの研究に予定より時間を割くことができなかったためである。来年度は、薄膜作製に必要な部材（酸化物単結晶基板や焼結体ターゲット）の購入を行って研究を進め、同時に研究成果の発表を行うために学会や研究会に参加する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Low resistance at LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 and Li3PO4 interfaces (2020)
  • Author(s): Nishio Kazunori、Nakamura Naoto、Horiba Koji、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Shimizu Ryota、Hitosugi Taro
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 116 Pages: 053901～053901
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5133879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic properties of perovskite strontium chromium oxyfluoride epitaxial thin films fabricated via low-temperature topotactic reaction (2020)
  • Author(s): Chikamatsu Akira、Maruyama Takahiro、Katayama Tsukasa、Su Yu、Tsujimoto Yoshihiro、Yamaura Kazunari、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Hasegawa Tetsuya
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 4 Pages: 055004 (1)-(6)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.025004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous Hall effect at the spontaneously electron-doped polar surface of PdCoO2 ultrathin films (2020)
  • Author(s): Harada T.、Sugawara K.、Fujiwara K.、Kitamura M.、Ito S.、Nojima T.、Horiba K.、Kumigashira H.、Takahashi T.、Sato T.、Tsukazaki A.
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Pages: 013282 (1)-(6)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.013282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between charge redistribution and ferromagnetism at the heterointerface between the perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO3 (2019)
  • Author(s): Kitamura Miho、Kobayashi Masaki、Sakai Enju、Minohara Makoto、Yukawa Ryu、Shiga Daisuke、Amemiya Kenta、Nonaka Yosuke、Shibata Goro、Fujimori Atsushi、Fujioka Hiroshi、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Pages: 245132 (1)-(8)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.245132
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ferromagnetism induced by the charge redistribution at the interface between perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO3 (2020)
  • Author(s): M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • Organizer: The IMR + MAX IV 2020 International Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationship between charge redistribution and ferromagnetism at the heterointerface between LaNiO3 and LaMnO3 (2020)
  • Author(s): M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • Organizer: The 3rd Symposium for The Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペロブスカイト酸化物ヘテロ界面における電荷移動の発現機構 (2020)
  • Author(s): 北村未歩、小林正起、簔原誠人、坂井延寿、湯川龍、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Mechanism of charge transfer at heterointerfaces between perovskite transition-metal oxides (2019)
  • Author(s): M. Kitamura, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • Organizer: The 40th International Conference on Vaccum Ultraviolet and X-ray Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mechanism of charge transfer phenomena in perovskite-oxide interfaces (2019)
  • Author(s): M. Kitamura, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, R. Yukawa, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • Organizer: 26th International Workshop on Oxide Electronics
  • Int'l Joint Research