2020 Fiscal Year Annual Research Report
Emergence and control of metal-insulator transition in rutile-type d1 electron system
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19H02620
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
渋谷 圭介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00564949)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属絶縁体転移 / ルチル型酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遷移金属酸化物は代表的な強相関材料系であり、電荷・軌道・スピンが織りなす複雑な相互作用によって多彩な特性（超伝導、巨大磁気抵抗効果など）が出現することが知られている。一電子近似が良く成り立つ従来の半導体とは異なり、多量の電子によって形成される電子相が遷移金属酸化物の物性発現の起源となる。電子相が転移する現象（電子相転移）の代表例が金属絶縁体転移である。遷移金属酸化物が表す多様な特性の理解に繋がるものとして、金属絶縁体転移の原理を明らかにしようとする努力がなされている。本研究では、ルチル型酸化物における金属絶縁体転移の発現原理の解明とその制御を目的とする。当該年度は以下の項目を中心に研究を進めた。
１．パルスレーザー堆積法によりNbO2薄膜を作製した。当該年度では、昨年度実施したルチル型のTiO2基板・MgF2基板に加えて、より耐熱性の高いAl2O3基板を用いた。700℃以上温度範囲で単一配向のNbO2薄膜が得られた。Al2O3基板を用いた場合には、ルチル型の基板を用いた場合よりも200℃程度高い温度が必要であることが明らかとなった。
２．得られたNbO2薄膜の化学組成・結晶構造・物理特性を精査した。X線光電子分光による組成分析により、薄膜の化学組成がNbO2であることを確認した。X線回折測定により、薄膜の格子定数がバルク値とほぼ一致することを確認した。また、室温から850℃までの抵抗率測定をアルゴン雰囲気下で行った。耐熱性に優れたAl2O3基板上の薄膜を用いることで、測定条件の最適化（温度均一性と薄膜の組成保持の両立）を実施することが可能となった。その結果、NbO2薄膜の相転移を観測することに成功した。
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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
NbO2薄膜の相転移温度近傍における輸送特性を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
成長温度、膜厚、基板などのパラメータがNbO2の相転移温度に与える影響について精査する。成長条件の最適化により急峻な転移を示す薄膜を作製する。また、化学置換や外場印可により、相転移温度の制御を試みる。
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Research Products
(2 results)
