高輝度放射光を用いた強相関酸化物表面・界面解析プラットフォームの構築（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 16KK0107
• 研究種目: 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 東北大学 (2022); 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2016-2017)
• 研究代表者: 組頭 広志 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (00345092)
• 研究期間 (年度): 2017 – 2022
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
• キーワード: 量子井戸構造 / 角度分解光電子分光 / 酸化物ヘテロ構造 / 放射光 / バンド構造 / 酸化物薄膜 / 酸化物エレクトロニクス / 機能性ナノ構造 / 強相関電子系 / 機能性酸化物 / 量子ビーム / 量子井戸

研究成果の概要

酸化物量子井戸構造内に閉じ込められた強相関電子が示す「金属」量子化状態（2次元電子液体）においては、軌道選択的量子化や巨大ラシュバ効果などの興味深い現象が発現する。本研究では、仏国パリ南大学および独国ブルツブルグ大学の2拠点を中心とした国際共同研究体制を構築し、欧州における最先端放射光解析技術と世界をリードする当研究室の強相関酸化物量子井戸作製技術とを高いレベルで融合することで、酸化物量子井戸構造内のスピン・軌道・量子化状態を可視化し、その知見に基づいた酸化物量子井戸構造の設計を行った。さらに、その知見に基づいて酸化物量子井戸構造内で誘起される新奇な２次元電子液体の機能探索を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

欧州の次世代放射光施設における最先端放射光解析技術と物質設計を組み合わせた本研究により、酸化物量子井戸構造で発現する低次元電子液体の機能を用いた物質・デバイス設計に明確な指針を与えることができたと考えられる。また、本研究を通した欧州の放射光施設での研究交流を通じて、国内の次世代放射光施設であるナノテラスへの最先端放射光解析技術の導入を図った。世界最先端の放射光計測・解析を実現する技術とノウハウを獲得することで、次世代放射光が稼働し始めると同時にシームレスに研究を展開することが可能になり、酸化物デバイス研究のみならず、将来的により広範囲の物質開発に大きく貢献できるものと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] パリ南大学(フランス) (2021)
• [国際共同研究] パリ南大学(フランス) (2017)
• [国際共同研究] ヴュルツブルグ大学(ドイツ) (2017)
• [雑誌論文] Surface valence transition in SmS by alkali metal adsorption (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Takuto、Nakaya Toru、Ohtsubo Yoshiyuki、Sugihara Hiroki、Tanaka Kiyohisa、Yukawa Ryu、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Imura Keiichiro、Suzuki Hiroyuki S.、Sato Noriaki K.、Kimura Shin-ichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 号: 4 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l041102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Half-Metallicity and Magnetic Anisotropy in Double-Perovskite GdBaCo2O6 Films Prepared via Topotactic Oxidation (2023)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Mo Shishin、Chikamatsu Akira、Kurauchi Yuji、Kumigashira Hiroshi、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 35 号: 3 ページ: 1295-1300
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c03335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES (2023)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Sugawara, Haruki Kusaka, Tappei Kawakami, Koki Yanagizawa, Asuka Honma, Seigo Souma, Kosuke Nakayama, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Shin-ichi Orimo, Masayuki Toyoda, Susumu Saito, Takahiro Kondo, and Takafumi Sato
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 23 号: 5 ページ: 1673-1679
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04048
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantization condition of strongly correlated electrons in oxide nanostructures (2023)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiko Kanda, Daisuke Shiga, Asato Wada, Ryotaro Hayasaka, Yuuki, Masutake, Naoto Hasegawa, Miho Kitamura, Kohei Yoshimatsu, and Hiroshi Kumigashira
  • 雑誌名: Communications Materials 巻: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electronic band structure of Ti2O3 thin films studied by angle-resolved photoemission spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Naoto、Yoshimatsu Kohei、Shiga Daisuke、Kanda Tatsuhiko、Miyazaki Satoru、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 号: 23 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.235137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced transient states of antiferromagnetic orderings in La_1/3Sr_2/3FeO₃ and SrFeO_3-δ thin films observed through time-resolved resonant soft x-ray scattering (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kohei、Tsuyama Tomoyuki、Ito Suguru、Takubo Kou、Matsuda Iwao、Pontius Niko、Schussler-Langeheine Christian、Minohara Makoto、Kumigashira Hiroshi、Yamasaki Yuichi、Nakao Hironori、Murakami Youichi、Katase Takayoshi、Kamiya Toshio、Wadati Hiroki
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 24 号: 4 ページ: 043012-043012
  • DOI: 10.1088/1367-2630/ac5f31
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design, Synthesis, and Optoelectronic Properties of the High-Purity Phase in Layered AETMN2 (AE = Sr, Ba; TM = Ti, Zr, Hf) Semiconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Shiraishi, Shigeru Kimura, Xinyi He, Naoto Watanabe, Takayoshi Katase, Keisuke Ide, Makoto Minohara, Kosuke Matsuzaki, Hidenori Hiramatsu, Hiroshi Kumigashira, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 61 号: 17 ページ: 6650-6659
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c00604
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Mobility Metastable Rock-Salt Type (Sn,Ca)Se Thin Film Stabilized by Direct Epitaxial Growth on a YSZ (111) Single-Crystal Substrate (2022)
  • 著者名/発表者名: Xinyi He, Jinshuai Chen, Takayoshi Katase, Makoto Minohara, Keisuke Ide, Hidenori Hiramatsu, Hiroshi Kumigashira, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 14 号: 16 ページ: 18682-18689
  • DOI: 10.1021/acsami.2c01464
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of transparency in epitaxially-grown p-type SnO films by surface-passivation treatment in a Na2S aqueous solution (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchida Suguri、Soma Takuto、Kitamura Miho、Kumigashira HIroshi、OHTOMO Akira
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: - 号: 5 ページ: 050903-050903
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac56fa
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface proton conduction below 100 °C of Ce0.80Sm0.20O2-δ thin film with oxygen vacancies (2022)
  • 著者名/発表者名: G. Notake, D. Nishioka, H. Murasawa, M. Takayanagi, Y. Fukushima, H. Ito, T. Takada, D. Shiga, M. Kitamura, H. Kumigashira, and T. Higuchi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 61 号: SD ページ: SD1017-SD1017
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac4feb
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of magnetism in Fe-doped magnetic semiconductors: Resonant photoemission and x-ray magnetic circular dichroism studies of (Ga,Fe)As (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeda Takahito、Sakamoto Shoya、Anh Le Duc、Takeda Yukiharu、Fujimori Shin-ichi、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Fujimori Atsushi、Tanaka Masaaki、Kobayashi Masaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.195155
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intervalence charge transfer and charge transport in the spinel ferrite ferromagnetic semiconductor Ru-doped CoFe2O4 (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Kobayashi, Munetoshi Seki, Masahiro Suzuki, Ryo Okano, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Atsushi Fujimori, Masaaki Tanaka, and Hitoshi Tabata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 105 号: 20 ページ: 205103-205103
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.205103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence of lattice deformation induced metal-insulator transition in Ti2O3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimatsu K.、Miyazaki S.、Hasegawa N.、Kumigashira H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.l081110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalously large spin-dependent electron correlation in the nearly half-metallic ferromagnet CoS2 (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Fujiwara, K. Terashima, J. Otsuki, N. Takemori、H. O. Jeschke、T. Wakitai、Y. Yano、W. Hosoda、N. Kataoka、A. Teruya、M. Kakihana、M. Hedo、T. Nakama、Y. Onuki、K. Yaji、A. Harasawa、K. Kuroda、S. Shin、K. Horiba、H. Kumigashira、Y. Muraoka、T. Yokoya
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 8 ページ: 085114-085114
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.085114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rocksalt CeO epitaxial thin film as a heavy-fermion system transiting from p-type metal to partially compensated n-type metal by 4f delocalization (2022)
  • 著者名/発表者名: Abe Nobuto、Oka Daichi、Kaminaga Kenichi、Shiga Daisuke、Saito Daichi、Yamamoto Taku、Kimura Noriaki、Kumigashira Hiroshi、Fukumura Tomoteru
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 12 ページ: 125106-125106
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.125106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarity-dependent charge density wave in the kagome superconductor CsV3Sb5 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kato Takemi、Li Yongkai、Nakayama Kosuke、Wang Zhiwei、Souma Seigo、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Takahashi Takashi、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.l121112
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Giant spin-to-charge conversion at an all-epitaxial single-crystal-oxide Rashba interface with a strongly correlated metal interlayer (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneta-Takada Shingo、Kitamura Miho、Arai Shoma、Arai Takuma、Okano Ryo、Anh Le Duc、Endo Tatsuro、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Kobayashi Masaki、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi、Tanaka Masaaki、Ohya Shinobu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33350-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fermiology and Origin of Tc Enhancement in a Kagome Superconductor Cs(V1－xNbx)3Sb5 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kato Takemi、Li Yongkai、Nakayama Kosuke、Wang Zhiwei、Souma Seigo、Matsui Fumihiko、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Takahashi Takashi、Yao Yugui、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 号: 20 ページ: 206402-206402
  • DOI: 10.1103/physrevlett.129.206402
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure reconstruction by trimer formation in CsW2O6 studied by x-ray photoelectron spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura R.、Takegami D.、Melendez-Sans A.、Tjeng L. H.、Okawa M.、Miyoshino T.、Saini N. L.、Kitamura M.、Shiga D.、Kumigashira H.、Yoshimura M.、Tsuei K.-D.、Okamoto Y.、Mizokawa T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevb.106.195104
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low-temperature-processable amorphous-oxide-semiconductor-based phosphors for durable light-emitting diodes (2022)
  • 著者名/発表者名: Ide Keisuke、Watanabe Naoto、Katase Takayoshi、Sasase Masato、Kim Junghwan、Ueda Shigenori、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Hiramatsu Hidenori、Hosono Hideo、Kamiya Toshio
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 121 号: 19 ページ: 192108-192108
  • DOI: 10.1063/5.0115384
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signature of topological band crossing in ferromagnetic Cr1/3NbSe2 epitaxial thin film (2022)
  • 著者名/発表者名: Saika Bruno Kenichi、Hamao Satoshi、Majima Yuki、Huang Xiang、Matsuoka Hideki、Yoshida Satoshi、Kitamura Miho、Sakano Masato、Hatanaka Tatsuto、Nomoto Takuya、Hirayama Motoaki、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Arita Ryotaro、Iwasa Yoshihiro、Nakano Masaki、Ishizaka Kyoko
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 号: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.4.l042021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fermiology of a topological line-nodal compound CaSb2 and its implication to superconductivity: Angle-resolved photoemission study (2022)
  • 著者名/発表者名: Chuang Chien-Wen、Souma Seigo、Moriya Ayumi、（省略）、Kumigashira Hiroshi、Takahashi Takashi、Yonezawa Shingo、Paglione Johnpierre、Maeno Yoshiteru、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 6 号: 10 ページ: 104203-1
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.6.104203
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Resonant tunneling driven metal-insulator transition in double quantum-well structures of strongly correlated oxide (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kumigashira
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 膜厚によるTi2O3薄膜の格子変形制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高田 瀬那、吉松 公平、組頭 広志
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] その場放射光電子分光によるCrドープVO2エピタキシャル薄膜の電子相図 (2023)
  • 著者名/発表者名: 志賀 大亮、CHENG Xianglin、Tae Hyun Kim、神田 龍彦、長谷川 直人、北村 未歩、吉松 公平、組頭 広志
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 光電子分光によるBi-Rh-O層状化合物薄膜の電子状態解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 増竹 悠紀、志賀 大亮、神田 龍彦、長谷川 直人、早坂 亮太朗、北村 未歩、吉松 公平、大野 瑞貴、藤田 貴啓、川崎 雅司、組頭 広志
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 放射光電子分光によるSrVO3/LaAlO3ヘテロ構造の電子状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 和田 亜里斗、神田 龍彦、志賀 大亮、増竹 悠紀、早坂 亮太朗、北村 未歩、吉松 公平、組頭 広志
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 放射光電子分光によるSrNbO3/SrTiO3界面の電子状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 早坂 亮太朗、神田 龍彦、長谷川 直人、増竹 悠紀、和田 亜里斗、Nathawuth Wongwutcharanukoun、北村 未歩、志賀 大亮、吉松 公平、組頭 広志
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 放射光角度分解光電子分光によるTi2O3薄膜の金属・絶縁体転移の起源 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 直人、吉松 公平、志賀 大亮、神田 龍彦、宮崎 悟、北村 未歩、堀場 弘司、組頭 広志
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 酸化物二重量子井戸構造の共鳴トンネル効果によるモット転移制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 組頭広志
  • 学会等名: 2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光計測に立脚した共鳴トンネルモットトランジスタの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 組頭広志
  • 学会等名: システムデバイスロードマップ産学連携委員会(SDRJ) WG研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射光計測に立脚した共鳴トンネルモットトランジスタの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 組頭広志
  • 学会等名: 日本表面真空学会 東北・北海道支部 関東支部合同セミナー「原子レベル積層技術が拓く物性探索の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] 永久磁石を用いた二交流ホール効果測定装置の構築と酸化物半導体の電子物性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉松公平、成田千春、組頭広志
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 密度汎関数法によるTi2O3の金属絶縁体転移 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉松公平、長谷川直人、組頭広志
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 角度分解光電子分光によるTi2O3薄膜のフェルミオロジー (2022)
  • 著者名/発表者名: 長谷川直人、吉松公平、志賀大亮、神田龍彦、宮崎悟、北村未歩、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 放射光電子分光によるSrVO3/LaAIO3/SrVO3二重量子井戸構造の電子状態 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田亜里斗、神田龍彦、志賀大亮、CHENG Xianglin、Tae Hyun Kim、北村未歩、吉松公平、組頭広志
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 放射光電子分光による SrTi1-xVxO3量子井戸の量子化状態解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田 龍彦 、志賀大亮 、和田亜里斗 、長谷川直人、CHENG Xianglin、Tae Hyun Kim、早坂亮太朗、北村未歩、吉松公平 、組頭 広志
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 放射光電子分光によるCrxV1-xO2エピタキシャル薄膜の電子状態 (2022)
  • 著者名/発表者名: 志賀 大亮、CHENG Xianglin、Tae Hyun Kim、神田 龍彦、長谷川 直人、北村 未歩、吉松 公平、組頭 広志
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所組頭研究室
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/kumigashira/html/