2012 Fiscal Year Annual Research Report
イリジウム酸化物薄膜を舞台としたトポロジカル絶縁体の物質開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries |
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| Project/Area Number |
23103518
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
松野 丈夫 独立行政法人理化学研究所, 高木磁性研究室, 専任研究員 (00443028)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | トポロジカル絶縁体 / スピン・軌道相互作用 / 電子相関 / パルスレーザー堆積法 / イリジウム酸化物 / エピタキシャル薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
5d電子系におけるスピン・軌道相互作用が約0.5 eVと大きく、かつ電子相関とも競合するという特長を活かし、電子相関の効いたトポロジカル絶縁体の開発に取り組んだ。昨年度は人工超格子[(SrIrO3)m、SrTiO3]/SrTiO3(001)基板上において半金属（m = ∞）からモット絶縁体（m = 1）までの電子相制御を実証した。理論的にはこれらの超格子はトポロジカル絶縁体に非常に近い、すなわち超格子[(SrIrO3)2、(SrTiO3)2]をSrTiO3(111)面上に作製することで二層のIr原子がハニカム格子にマップでき、その格子の特殊性からトポロジカル絶縁体を実現できるという提案がされている。本年度はその検証を行った。
SrTiO3(111)面上にSrIrO3単膜を合成する条件を探索し、非常に幅広い温度・酸素分圧領域においていわゆる6H相の形成を観測した。6H相はペロブスカイト相ともIrO6八面体からなる共通点を持つが、(111)方向の積層順序が異なる構造となっている。バルクの相図ではペロブスカイト相が高圧安定相、6H相に由来する単斜相が常圧安定相であることから、配向を(001)から(111)に変更したことにより、熱力学的に安定でありかつ(111)と整合性の高い6H相が形成されたと考えられる。一方、SrTiO3と組み合わせて製膜することで、ペロブスカイト相が安定化することを見出し、さらにSrIrO3とSrTiO3を異なる酸素分圧で製膜することにより超格子ピークの観測に成功した。薄膜を用いたイリジウム酸化物の配向・結晶構造制御により、理論で予測されるトポロジカル絶縁体の実現に向けて大きく前進した。
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| Research Progress Status |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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