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2014 Fiscal Year Research-status Report

強相関遷移金属酸化物量子井戸を用いた電子構造制御による新奇量子物性探索

Research Project

Project/Area Number 26870843
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

小林 正起  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, 特任助教 (30508198)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Keywords強相関 / 酸化物 / 量子井戸 / 電子状態 / 角度分解光電子分光
Outline of Annual Research Achievements

強相関遷移金属酸化物SrVO3薄膜において、金属量子井戸(QW)状態が発見された。本研究は、強相関QWを用いた超格子などのデバイス展開に向けた、新たな量子物性の探索及び物質設計の基板を築くことを目的に研究を進めている。金属QW状態を利用した物質設計のためには、SrVO3 QW構造の基礎的な性質の理解に加えて、多層膜や多量子井戸構造の性質を調べる必要があると考えられる。そこで、SrVO3 QWに加え、絶縁層となるSrTiO3とSrVO3 QWを組み合わせた多層膜構造を作製し、Photon Factoryで新たに立ち上げたBL2Aにおいて、角度分解光電子分光(ARPES)測定を行った。
1. SrVO3層をSrTiO3層で挟んだ多層膜構造を作製し、多量子井戸構造における絶縁層の臨界膜厚を決定するための実験を行った。SrVO3層の間にあるSrTiO3層を厚くしていくことで、SrVO3層のQW状態が変化していく様子が観測された。SrTIO3層が10 MLの厚さになると、SrVO3層の間の繋がりがなくなることが分かり、多量子井戸構造になる膜厚を決めることに成功した。
2. SrVO3層をSrTiO3層で挟んだ多層膜構造を作製し、SrVO3層間の波動関数の重なりが電子構造に与える影響を調べた。SrTiO3層の厚さを固定し、SrVO3層の厚さを変えることで、QW状態の波動関数が変化する様子を観測することに成功した。
3. SrVO3層における金属絶縁体転移を制御するために、金属絶縁体転移近傍の膜厚におけるSrVO3 QWの電子状態をARPESにより詳細に調べた。その結果、金属絶縁体転移近傍では、SrVO3バルクでみられる金属状態から別の性質を持つ金属の状態へと変化していくことを明らかとした。
以上、SrVO3 QWを用いた物質設計のために、いくつかの重要な結果を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

SrVO3層と絶縁層であるSrTiO3を組み合わせた、SrVO3/SrTiO3多層膜構造の作製に成功し、ARPES測定を行えたことは特筆に値する。SrVO3/SrTiO3多層膜構造において、SrVO3膜厚制御による系統的なQW状態の変化が見られており、より詳細に調べることで、強相関QW状態の制御法の確立への道を拓けると考えている。また、ARPESの詳細な解析から金属絶縁体転移に関する知見が得られ、電子相関の性質を用いた物質設計やデバイス展開において重要であると考られる。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、SrVO3/SrTiO3多層膜構造の成膜条件の最適化を行った。本年は、SrVO3/SrTiO3多層膜構造においてSrVO3層とSrTiO3層の膜厚を変えたいつくかの組み合わせを作製し、ARPESによりそのQW状態を明らかとする。これにより、多層膜構造を用いた強相関QW状態の制御法の確立を目指す。

Causes of Carryover

今年度では、装置のトラブルが起こることが少なく、予備に物品を購入する必要性が希薄であったために、物品の購入を控えた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本年度では、装置の修繕ならびに改良をするために、物品を購入することを検討している。

  • Research Products

    (35 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (24 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Determination of band diagram for a p-n junction between Mott insulator LaMnO3 and band insulator Nb:SrTiO32015

    • Author(s)
      M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, R. Takahashi, M. Lippmaa, K. Horiba, H. Fujioka, and H. Kumigashira
    • Journal Title

      Applied Physic Letters

      Volume: 106 Pages: 061605-1-5

    • DOI

      10.1063/1.4908570

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strong Surface-Termination Effect on Electroresistance in Ferroelectric Tunnel Junctions2015

    • Author(s)
      Hiroyuki Yamada, Atsushi Tsurumaki-Fukuchi, Masaki Kobayashi, Takuro Nagai, Yoshikiyo Toyosaki, Hiroshi Kumigashira, and Akihito Sawa
    • Journal Title

      Advanced Functional Material

      Volume: - Pages: 1-7

    • DOI

      10.1002/adfm.201500371

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Probing two- and three-dimensional electrons in MgB2 with soft x-ray angle-resolved photoemission2015

    • Author(s)
      Y. Sassa, M. Månsson, M. Kobayashi, O. Götberg, V. N. Strocov, T. Schmitt, N. D. Zhigadlo, O. Tjernberg, and B. Batlogg
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 91 Pages: 045114-1-6

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.91.045114

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Active site formation mechanism of carbon-based oxygen reduction catalysts derived from a hyperbranched iron phthalocyanine polymer2015

    • Author(s)
      Yusuke Hiraike, Makoto Saito, Hideharu Niwa, Masaki Kobayashi, Yoshihisa Harada, Masaharu Oshima, Jaehong Kim, Yuta Nabae, and Masa-aki Kakimoto
    • Journal Title

      Nanoscale Research Letters

      Volume: 10 Pages: 179-1-11

    • DOI

      10.1186/s11671-015-0881-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proton conduction of BaCe0.90Y0.10O3-δ thin film with lattice distortion2014

    • Author(s)
      Tohru Higuchi, , Tomohiro Owaku, Yasutaka Iida, Enju Sakai, Masaki Kobayashi, Hiroshi Kumigashira
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: 270 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2014.11.016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Coexistence of Bloch electrons and glassy electrons in Ca10(Ir4As8)(Fe2−xIrxAs2)5 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2014

    • Author(s)
      K. Sawada, D. Ootsuki, K. Kudo, D. Mitsuoka, M. Nohara, T. Noda, K. Horiba, M. Kobayashi, K. Ono, H. Kumigashira, N. L. Saini, and T. Mizokawa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Pages: 220508-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.220508

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Origin of the anomalous mass renormalization in metallic quantum well states of strongly correlated oxide SrVO32014

    • Author(s)
      Masaki Kobayashi, Kohei Yoshimatsu, Enju Sakai, Miho Kitamura, Koji Horiba, Atsushi Fujimori, and Hiroshi Kumigashira
    • Journal Title

      arXiv preprint server

      Volume: - Pages: 1-5

    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Unveiling the impurity band inducing ferromagnetism in magnetic semiconductor (Ga,Mn)As2014

    • Author(s)
      M. Kobayashi, Iriya Muneta, Yukiharu Takeda, Yoshihisa Harada, Atsushi Fujimori, Juraj Krempasky, Thorsten Schmitt, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Masaharu Oshima and Vladimir N. Strocov
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 89 Pages: 205204-1-8

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.89.205204

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin and orbital magnetic moments of Fe in the n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As2014

    • Author(s)
      M. Kobayashi, L. D. Anh, P. N. Hai, Y. Takeda, S. Sakamoto, T. Kadono, T. Okane, Y. Saitoh, H. Yamagami, Y. Harada, M. Oshima, M. Tanaka, and A. Fujimori
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 105 Pages: 032403-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4890733

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ペロブスカイト型遷移金属酸化物SrVO3(110)薄膜の偏光依存ARPES2015

    • Author(s)
      三橋太一,簑原誠人,北村未歩,坂井延寿,堀場弘司,吉松公平,藤森淳,小林正起,組頭広志
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 強磁性と超伝導が共存するSr2VFeAsO3-dのARPESと内殻分光II2015

    • Author(s)
      堀尾眞史,片桐隆雄,並木宏允,岡崎浩三,鈴木博人,徐健,輿石佳佑,石上啓介,芝田悟朗,高橋文雄,坂本祥哉,野中洋亮,小野寛太,堀場弘司,小林正起,坂井延寿,小出常晴,組頭広志,笹川崇男,藤森淳
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 軟X線共鳴光電子分光によるBa(Fe1-xCrx)2As2中のCr 3d電子状態の観測2015

    • Author(s)
      輿石佳佑,小林達也,鈴木博人,堀尾眞史,徐健,堀場弘司,小林正起,簔原誠人,組頭広志,宮坂茂樹,田島節子,藤森淳
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] Fate of yz/zx orbital degeneracy and xy Fermi surface in Ru substituted FeSe1-xTex2015

    • Author(s)
      杉本拓也,大槻太毅,澤田慶,安西太陽,有田将司,生天目博文,谷口雅樹,堀尾眞史,堀場弘司,小林正起,小野寛太,組頭広志,稲辺拓也,野地尚,小池洋二,Naurang L. Saini,溝川貴司
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 光電子分光法によるTa2NiX5(X=S,Se)の研究2015

    • Author(s)
      千葉優,澤田慶,野田智博,杉本拓也,大槻太毅,溝川貴司,小林正起,堀場弘司,小野寛太,組頭広志,中埜彰俊,片山尚幸,澤博,野原実,高木英典
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 軟X線分光によるCe0.90Sm0.10O2-δ薄膜の電子構造2015

    • Author(s)
      山口翔平,見上駿矢,小林正起,組頭広志,樋口透
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] CeOxF1-xBiS2単結晶の軟X線光電子分光2015

    • Author(s)
      脇田高徳,寺嶋健成,濱田貴裕,藤原弘和,長尾雅則,綿打敏司,田中功,出村郷志,岡崎宏之,高野義彦,水口佳一,三浦大介,簔原誠人,小林正起,堀場弘司,組頭広志,岡田耕三,村岡祐治,横谷尚睦
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 強相関金属酸化物SrVO3薄膜における金属絶縁体転移近傍の振る舞い2015

    • Author(s)
      小林正起,吉松公平,坂井延寿,北村未歩,堀場弘司,藤森淳,組頭広志
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 新規希薄磁性半導体Ba1-yKy(Zn1-xMnx)2As2の軟X線角度分解光電子分光2015

    • Author(s)
      鈴木博人,G.Q.Zhao,K.Zhao,B.J.Chen,堀尾眞史,輿石佳佑,徐健,小林正起,簔原誠人,坂井延寿,堀場弘司,組頭広志,Bo Gu,前川禎通,Y.J.Uemura,C.Q.Jin,藤森淳
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] Nd1-xSrxFeO3の構造及び電気特性2015

    • Author(s)
      鈴木直哉,山田陸人,小林正起,組頭広志,樋口透
    • Organizer
      日本物理学会 第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-21
  • [Presentation] X線光電子分光によるモット絶縁体LaMnO3/バンド絶縁体Nb:SrTiO3 p-n接合界面のバンドダイアグラム決定2015

    • Author(s)
      北村未歩,小林正起,坂井延寿,堀場弘司,高橋竜太,Mikk Lippmaa,藤岡洋, 組頭広志
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [Presentation] 強相関酸化物SrVO3の金属量子井戸状態における異常な有効質量増大の起源2015

    • Author(s)
      小林正起,吉松公平,坂井延寿,北村未歩,堀場弘司,藤森淳,組頭広志
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [Presentation] 結晶格子を制御したV2O3薄膜の共鳴光電子分光2015

    • Author(s)
      島津雄一,嶋田敦士,田辺健治,常盤和靖,小林正起,組頭広志,樋口透
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [Presentation] 価数・格子歪を制御したVO2薄膜の軟X線分光2015

    • Author(s)
      末次高明,島津雄一,小林正起,堀場弘司,組頭広志,樋口透
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [Presentation] Sm-doped CeO2薄膜の軟X線分光2015

    • Author(s)
      山口翔平,樋口透,小林正起,組頭広志
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [Presentation] Fe-doped TiO2薄膜の共鳴光電子分光2015

    • Author(s)
      樋口透,臼井勝哉,山口翔平,坂井延寿,小林正起,組頭広志
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
  • [Presentation] 超高分解能軟X線発光分光を用いた磁性半導体の電子構造解析2015

    • Author(s)
      小林正起
    • Organizer
      日本放射光学会 第28回年次大会
    • Place of Presentation
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • Year and Date
      2015-01-10 – 2015-01-12
    • Invited
  • [Presentation] Kink Structure of Quasiparticle Band Dispersion in High-Resolution Angle-Resolved Photoemission Spectra on La0.6Sr0.4MnO3 Thin Films2014

    • Author(s)
      K. Horiba, M. Kitamura, K. Yoshimatsu, M. Minohara, E. Sakai, M. Kobayashi, and H. Kumigashira
    • Organizer
      The 21st International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      The Sagamore Hotel at 110 Sagamore Road, Bolton Landing, NY
    • Year and Date
      2014-09-28 – 2014-10-01
  • [Presentation] Band diagram on p-n junction of Mott-insulator LaMnO3 and band-insulator Nb:SrTiO3 determined by X-ray photoemission spectroscopy2014

    • Author(s)
      M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, K. Horiba, R. Takahashi, M. Lippmaa, H. Fujioka, H. Kumigashira
    • Organizer
      The 21st International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      The Sagamore Hotel at 110 Sagamore Road, Bolton Landing, NY
    • Year and Date
      2014-09-28 – 2014-10-01
  • [Presentation] Ta2NiX5(X=S,Se)の光電子分光2014

    • Author(s)
      千葉優,澤田慶,野田智博,杉本拓也,大槻太毅,溝川貴司,小林正起,堀場弘司,小野寛太,組頭広志,中埜彰俊,片山尚幸,澤博,野原実,高木英典
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 角度分解光電子分光によるCa10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5のグラス的なIr5d電子とFe3dブロッホ電子の共存の観測2014

    • Author(s)
      澤田慶,大槻大毅,工藤一貴,野原実,野田智博,堀場弘司,小林正起,小野寛太,組頭広志,N.L.Saini,溝川貴司
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] VO2薄膜の金属-絶縁体転移における膜厚効果2014

    • Author(s)
      末次高明,島津雄一,樋口透,小林正起,堀場弘司,組頭広志
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] 基板応力を制御したV2O3薄膜の金属-絶縁体転移2014

    • Author(s)
      島津雄一,末次高明,川村欣也,樋口透,嶋田敦志,田辺健治,常盤和靖,小林正起,組頭広志
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] CeOxF1-xBiS2の軟X線光電子分光2014

    • Author(s)
      濱田貴裕,園山純生,藤原弘和,出村郷志,岡崎宏之,高野義彦,水口佳一,三浦大介,小林正起,堀場弘司,組頭広志,岡田耕三,脇田高徳,村岡祐治,横谷尚睦
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学春日井キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Book] 放射光 Vol.28, No.22015

    • Author(s)
      小林正起
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      日本放射光学会
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://oxides.kek.jp/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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