光キャリアドーピングによる遷移金属酸化物の物性制御

• 研究課題/領域番号: 16076208
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 廣井 善二 東京大学, 物性研究所, 教授 (30192719)
• 研究分担者: 藤森 淳 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (10209108)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 46,000千円 (直接経費: 46,000千円); 2008年度: 7,900千円 (直接経費: 7,900千円); 2007年度: 8,200千円 (直接経費: 8,200千円); 2006年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 2005年度: 13,500千円 (直接経費: 13,500千円); 2004年度: 8,400千円 (直接経費: 8,400千円)
• キーワード: 強相関電子系 / 光物性 / 薄膜 / 光電子分光 / 光ドーピング / 遷移金属酸化物 / ヘテロ接合 / 光キャリア注入 / 透明酸化物伝導体

研究概要

様々な遷移金属酸化物を対象として、高品質の薄膜作製を行い、紫外線を照射することによって光キャリアドーピングを行い、それに伴う物性の変化を輸送特性の評価および光電子分光実験を通して詳しく調べた。その結果、光キャリアドーピングに伴うキャリアの導入と電気抵抗の大きな変化、および、ケミカルポテンシャルの可逆シフトを観測した。また、透明半導体である二酸化スズ薄膜において、顕著な光照射効果を発見し、その機構を明らかにした。さらに、銅酸化物超伝導体やマンガンペロブスカイト酸化物において光電子分光実験により、光キャリアドーピングの効果と電子状態の変化に関する重要な知見が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Photo-induced conductivity in tin dioxide thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Muraoka, N. Takubo, Z. Hiroi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 105 ページ: 103702-103702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductivity switching by ultraviolet light in SnO_2 thin films (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Takubo, Y. Muraoka, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 2 ページ: 45501-45501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minimal model needed for the Mott-Hubbard SrVO_3 compound, Physical Review B (2009)
  • 著者名/発表者名: R. J. O. Mossanek, M. Abbate, T. Yoshida, A. Fujimori, Y. Yoshida, N. Shirakawa, H. Eisaki, S. Kohno, P. T. Fonseca, F. C. Vicentin
  • 雑誌名: Condensed Matter and Materials Physics 79 ページ: 33104-33104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minimal Model Needed for the Mott-Hubbard SrVO_3 Compound (2009)
  • 著者名/発表者名: R. J. O. Mossanek
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the spectral weight in the Mott-Hubbard series SrVO_3-CaVO_3-LaVO_3-YVO_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: R. J. O. Mossanek, M. Abbate, T. Yoshida, A. Fujimori, Y. Yoshida, N. Shirakawa, H. Eisaki, S. Kohno, F. C. Vicentin
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78 ページ: 75103-75107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical potential landscape in band filling and bandwidth-control of manganites : Potoemission spectroscopy measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ebata, M. Takizawa, A. Fujimori, H. Kuwahara, Y. Tomioka, Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78 ページ: 20406-20406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical switching in VO_2 films by below-gap excitation (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Rini, Z. Hao, R. W. Schoenlein, C. Giannetti, F. Parmigiani, S. Fourmaux, J. C. Kieffer, A. Fujimori, M. Onoda, S. Wall, A. Cavalleri
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 ページ: 181904-181904
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced metallic state in VO_2 proved by the terahertz pump-probe spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, N. Takubo, Z. Hiroi, Y. Ueda, T. Suemoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 ページ: 11907-11907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Potential Landscape in Band-Filling and Bandwidth-Control of Manaanites : Photoemission Spectroscopy Measurements (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ebata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the Spectral Weight in the Mott-Hubbard Series SrVO_3-CaVO_3-LaVO_3-YVO_3 (2008)
  • 著者名/発表者名: R. J. O. Mossanek
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Switching in VO_2 Films by Below-Gap Excitation (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Rini
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 92
  • 査読あり
• [雑誌論文] 熱電コバルト酸化物のキャリア・エントロピーの光電子分光による直接観察 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石田行章
  • 雑誌名: 固体物理 43 ページ: 343-349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced metallic state in VO_2 proved by the terahertzpump-probe spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, N. Takubo, Z. Hiroi, Y. Ueda, T. Suemoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 ページ: 11907-11907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-dependent photoemission spectra, spectral-weight transfer and chemical-potential shift in Pr_<1-x>Ca_xMnO_3 : Implications for charge-density modulation (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ebata, M. Hashimoto, K. Tanaka, A. Fujimori, Y. Tomioka, Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 76 ページ: 184441-184441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoemission study of TiO_2/VO_2 interfaces (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Maekawa, M. Takizawa, H. Wadati, T. Yoshida, A. Fujimori, H. Kumigashira, M. Oshima, Y. Muraoka, Y. Nagao, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 76 ページ: 115121-115121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct Doping Dependences of the Pseudogap and Superconducting Gap of La_<2-x>Sr_xCuO_4 Cuprate Superconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Hashimoto, T. Yoshida, K. Tanaka, A. Fujimori, M. Okusawa, S.Wakimoto, K. Yamada, T. Kakeshita, H. Eisaki, S. Uchida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 75 ページ: 140503-140503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-dependent photoemission spectra, spectral-weight transfer and chemical-potential shift in Pr_<1-x>Ca_xMnO_3: Implications for charge-density modulation (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Ebata, M. Hashimoto, K. Tanaka, A. Fujimori, Y. Tomioka and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 76 ページ: 184441-184441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct Doping Dependences of the Pseudogap and Superconducting Gap of La_<2-x>Sr_xCuO_4 Cuprate Superconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Hashimoto, T.Yoshida, K.Tanaka, A.Fujimori, M.Okusawa, S.Wakimoto, K.Yamada, T.Kakeshita, H.Eisaki, S.Uchida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 75 ページ: 140503-140503
• [雑誌論文] Distinct Fermi-Momentum Dependent Energy Gaps in Deeply Underdoped Bi2212 (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, T. Yoshida, K. M. Shen, D. H. Lu, W. S. Lee, H. Yagi, A. Fujimori, Z. -X. Shen, Risdiana, T. Fujii, I. Terasaki
  • 雑誌名: Science 314 ページ: 1910-1910
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoemission from Buried Interfaces in SrTiO_3/LaTiO_3 Superlattices (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Takizawa, H. Wadati, K. Tanaka, M. Hashimoto, T. Yoshida, A. Fujimori, A. Chikamatsu, H. Kumigashira, M. Oshima, K. Shibuya, T. Mihara, T. Ohnishi, M. Lippmaa, M. Kawasaki, H. Koinuma, S. Okamoto, A. J. Millis
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 97 ページ: 57601-57601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoemission from Buried Interfaces in SrTiO_3/LaTiO_3 Superlattices (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takizawa, H.Wadati, K.Tanaka, M.Hashimoto, T.Yoshida, A.Fujimori, A.Chikamatsu, H.Kumigashira, M.Oshima, K.Shibuya, T.Mihara, T.Ohnishi, M.Lippmaa, M.Kawasaki, H.Koinuma, S.Okamoto, A.J.Millis
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 97 ページ: 57601-57601
• [雑誌論文] Spin-1/2 triangular lattice with orbital degeneracy in a metallic oxide Ag_2NiO_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshida, Y.Muraoka, T.Soergel, M.Jansen, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 73 ページ: 20408-20408
• [雑誌論文] Chemical Potential Shift and Spectral-Weight Transfer in Pr_<1-x>Ca_xMnO_3 Revealed by Photoemission Spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ebata, H.Wadati, M.Takizawa, A.Fujimori, Y.Tomioka, Y.Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 74 ページ: 64419-64419
• [雑誌論文] Distinct Fermi-Momentum Dependent Energy Gaps in Deeply Underdoped Bi2212 (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Tanaka, T.Yoshida, K.M.Shen, D.H.Lu, W.S.Lee, H.Yagi, A.Fujimori, Z.-X.Shen, Risdiana, T.Fujii, I.Terasaki
  • 雑誌名: Science 314 ページ: 1910-1910
• [雑誌論文] Photogenerated carrier injection to an n-type copper oxide superconductor (2005)
  • 著者名/発表者名: Y. Muraoka, T. Muramatsu, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 486 ページ: 82-82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocarrier Injection and Current-Voltage Characteristics of a La_<0.8>Sr_<0.2>MnO_3/SrTiO_3 : Nb Heterojunction at Low Temperature (2005)
  • 著者名/発表者名: T. Muramatsu, Y. Muraoka, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 152 ページ: 385-385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manifestation of Correlation Effects in the Photoemission Spectra of Ca_<1-x>Sr_xRuO_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: M. Takizawa, D. Toyota, H. Wadati, A. Chikamatsu, H.Kumigashira, A. Fujimori, M. Oshima, Z. Fang, M. Lippmaa, M. Kawasaki, H. Koinuma
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 72 ページ: 60404-60404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of the Mass Renormalization in SrVO_3 by Angle-Resolved Photemission Spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshida, K. Tanka, H. Yagi, A. Ino, H. Eisaki, A. Fujimori, Z. -X Shen
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 95 ページ: 146404-146404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photogenerated carrier injection to an n-type copper oxide superconductor (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Muraoka, T.Muramatsu, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 486 ページ: 82-82
• [雑誌論文] Photocarrier Injection and Current-Voltage Characteristics of a La_<0.8>Sr_<0.2>MnO_3/SrTiO_3 : Nb Heterojunction at Low Temperature (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Muramatsu, Y.Muraoka, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44 ページ: 7367-7367
• [雑誌論文] Photocarrier injection to organic compounds (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Yamaura, Y.Muraoka, T.Muramatsu, T.Yamauchi, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Synthetic Metals 152 ページ: 385-385
• [雑誌論文] Manifestation of Correlation Effects in the Photoemission Spectra of Ca_<1-x>Sr_xRuO_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takizawa, D.Toyota, H.Wadati, A.Chikamatsu, H.Kumigashira, A.Fujimori, M.Oshima, Z.Fang, M.Lippmaa, M.Kawasaki, H.Koinuma
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 72 ページ: 60404-60404
• [雑誌論文] Direct Observation of the Mass Renormalization in SrVO_3 by Angle-Resolved Photemission Spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, K.Tanka, H.Yagi, A.Ino, H.Eisaki, A.Fujimori, Z.-X Shen
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 95 ページ: 146404-146404
• [雑誌論文] Photocarrier injection to perovskite manganites (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Muramatsu, Y. Muraoka, T. Yamauchi, J. Yamaura, Z. Hiroi
  • 雑誌名: J. Mag. Mag. Mat.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoemission Study of YBa_2Cu_3O_y Thin Films under Light Illumination (2004)
  • 著者名/発表者名: D. Asakura, J.W. Quilty, K. Takubo, S. Hirata, T. Mizokawa, Y. Muraoka, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 93 ページ: 247006-247006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoemission study of the metal-insulator transition in VO_2/TiO_2 (001) : Evidence for strong electron-electron and electron-phonon interaction (2004)
  • 著者名/発表者名: K. Okazaki, H. Wadati, A. Fujimori, M. Onoda, Y. Muraoka, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 69 ページ: 165104-165104
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Dichotomy between Nodal and Antinodal Quasiparticles in Underdoped La_<2-x>Sr_xCuO_4 Superconductors (2004)
  • 著者名/発表者名: X. J. Zhou, T. Yoshida, D. -H. Lee, W. L. Yang, V. Brouet, F. Zhou, W. X. Ti, J. W. Xiong, Z. X. Zhao, T. Sasagawa, T. Kakeshita, H. Eisaki, S. Uchida, A. Fujimori, Z. Hussain, Z. -X. Shen
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 92 ページ: 187001-187001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photogenerated hole carrier injection to YBa_2Cu_3O_<7-x> in an oxide heterostructure (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Muraoka, T.Muramatsu, J.Yamaura, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 85・14 ページ: 2950-2952
• [雑誌論文] Photocarrier injection to perovskite manganites (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Muramatsu, Y.Muraoka, T.Yamauchi, J.Yamaura, Z.Hiroi
  • 雑誌名: J.Mag.Mag.Mat. 272-276
• [雑誌論文] Photoemission Study of YBa_2Cu_3O_y Thin Films under Light Illumination (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Asakura, J.W.Quilty, K.Takubo, S.Hirata, T.Mizokawa, Y.Muraoka, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 93 ページ: 247006-247006
• [雑誌論文] Photoemission study of the metal-insulator transition in VO2/TiO2(001) : Evidence for strong electron-electron and electron-phonon interaction (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Okazaki, H.Wadati, A.Fujimori, M.Onoda, Y.Muraoka, Z.Hiroi
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 69 ページ: 165104-165104
• [雑誌論文] The Dichotomy between Nodal and Antinodal Quasiparticles in Underdoped La_<2-x>Sr_xCuO_4 Superconductors (2004)
  • 著者名/発表者名: X.J.Zhou, T.Yoshida, D.-H.Lee, W.L.Yang, V.Brouet, F.Zhou, W.X.Ti, J.W.Xiong, Z.X.Zhao, T.Sasagawal, T.Kakeshita, H.Eisaki, S.Uchida, A.Fujimori, Z.Hussain, Z.-X.Shen
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 92 ページ: 187001-187001
• [雑誌論文] Evolution of the Electronic Structure from Electron-Doped to Hole-Doped States in the Two-Dimensional Mott-Hubbard System La_<1.17-x>Pb_xVS_<3.17> (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Ino, T.Okane, S.-i.Fujimori, A.Fujimori, T.Mizokawa, Y.Yasui, T.Nishikawa, M.Sato
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 69 ページ: 195116-195116
• [学会発表] 周期的ステップ構造基板上に作製したYBa_2Cu_3O_<7-δ>極薄膜の超伝導状態と磁束状態 (2009)
  • 著者名/発表者名: 鶴巻厚, 廣井善二
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] YBa_2Cu_3O_<7-δ>の極薄膜化と超伝導特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 鶴巻厚, 廣井善二
  • 学会等名: 物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] Effect of UV light irradiation in SnO_2 thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: Naoko Takubo, Yuji Muraoka, Zenji Hiroi
  • 学会等名: 3rd INTERNATIONAL CONFERENCE ON PHOTO-INDUCED PHASE TRANSITIONS and Cooperative Phenomena (PIPT2008)
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [学会発表] SnO_2薄膜における紫外線照射効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田久保直子, 村岡祐治, 広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2007年秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-23
• [学会発表] Pr_<1-x>Ca_xMnO_3の化学ポテンシャルのドーピングおよび温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 江端一晃, 滝沢優, 藤森淳, 富岡泰秀, 十倉好紀
  • 学会等名: 2007年秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-23
• [学会発表] Pr_<1-x>Ca_xMnO_3の化学ポテンシャルのドーピングおよび温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 江端一晃, 滝沢優, 藤森淳, 富岡泰秀, 十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会2007年秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-23
• [学会発表] SnO_2薄膜における光キャリア注入 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田久保直子, 村岡祐治, 廣井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2007春季大会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2007-03-18
• [学会発表] YBa_2Cu_3O_<7-δ>薄膜における界面構造に影響された伝導特性 (2006)
  • 著者名/発表者名: 鶴巻厚, 竹下直, 村岡祐治, 広井善二, 高木英典, 十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会2006秋季大会
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 2006-09-23
• [学会発表] TiO_2でキャップしたVO_2薄膜の光電子分光 (2006)
  • 著者名/発表者名: 前川考志, 滝沢優, 和達大樹, 藤森淳, 組頭広志, 尾嶋正治, 長尾洋平, 村岡祐治, 廣井善二
  • 学会等名: 日本物理学会第61回年次大会
  • 発表場所: 愛媛・松山大学
  • 年月日: 2006-03-27
• [学会発表] YBa_2Cu_3O_<7-x>極薄膜への光キャリア注入 (2005)
  • 著者名/発表者名: 村岡祐治, 村松孝樹, 広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会第60回年次大会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2005-03-14
• [学会発表] (Sr, Nd)CuO_2薄膜への光キャリア注入 (2004)
  • 著者名/発表者名: 村岡祐治, 村松孝樹, 広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2004年秋季大会
  • 発表場所: 秋田大学
  • 年月日: 2004-09-11
• [学会発表] 酸化物界面における光電荷注入による物性制御 (2004)
  • 著者名/発表者名: 広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2004年秋季大会
  • 発表場所: 秋田大学
  • 年月日: 2004-09-11
• [備考]
  • URL: http://hiroi.issp.u-tokyo.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://wyvern.phys.s.u-tokyo.ac.jp/