酸化物電荷移動界面におけるバンド構造の元素選択的直接観測

• 研究課題/領域番号: 18K14130
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 北村 未歩 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, 助教 (00783581)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 酸化物界面 / 光電子分光 / 角度分解光電子分光 / 放射光 / 薄膜界面 / ペロブスカイト酸化物 / X線吸収分光 / 共鳴光電子分光

研究成果の概要

本研究では、遷移金属酸化物ヘテロ界面で発現する特異な電気・磁気特性の起源に対する知見を得ることを目的として研究を行った。元素の吸収端のエネルギーの放射光を励起光とした酸化物ヘテロ薄膜の共鳴角度分解光電子分光により、構成元素毎の界面バンド構造を決定した。
具体的には、ペロブスカイト型遷移金属酸化物La1-xSrxMnO3とLaNiO3を用いてヘテロ構造を作製し、MnとNiそれぞれのL吸収端のエネルギーの光で共鳴角度分解光電子分光を測定することにより、ヘテロ構造におけるLa1-xSrxMnO3由来のバンドとLaNiO3由来のバンドを分離して直接観測することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

酸化物ヘテロ界面は、構成物質単体とは異なる特異な物性を発現するため次世代デバイスへの応用が期待されている。酸化物界面に特有の物性を設計・制御するためには、この発現メカニズムを理解することが非常に重要となる。今回の研究では、界面の磁気特性や伝導特性を決める価電子帯のバンド構造を元素選択的に直接決定することに成功した。これにより得られた知見を元に新奇な物性の設計指針を構築することで、酸化物ヘテロ構造における界面物性の設計・制御に大きく貢献できると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of the electronic states of A-site layer-ordered double perovskite YBaCo2Ox (x = 5.3 and 6) thin films by x-ray spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Chikamatsu Akira、Katayama Tsukasa、Maruyama Takahiro、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Wadati Hiroki、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 118 号: 1 ページ: 012401-012401
  • DOI: 10.1063/5.0031096
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of oxygen vacancies on magnetic properties of perpendicularly magnetized NiCo2O4 epitaxial thin films (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Ikumi、Kan Daisuke、Kitamura Miho、Shen Yufan、Horiba Koji、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 127 号: 20 ページ: 203903-203903
  • DOI: 10.1063/5.0008173
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Insulator-to-Metal Transition of Cr2O3 Thin Films via Isovalent Ru3+ Substitution (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Kohei、Kitamura Miho、Shiga Daisuke、Niwa Yasuhiro、Horiba Koji、Nojima Tsutomu、Ohta Hiromichi、Kumigashira Hiroshi、Tsukazaki Atsushi
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 32 号: 12 ページ: 5272-5279
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c01497
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of fluorination on electronic states and electron transport properties of Sr2IrO4 thin films (2020)
  • 著者名/発表者名: Maruyama Takahiro、Chikamatsu Akira、Katayama Tsukasa、Kuramochi Kenta、Ogino Hiraku、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 8 号: 24 ページ: 8268-8274
  • DOI: 10.1039/d0tc01734e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin and orbital magnetic moments in perpendicularly magnetized Ni1-xCo2+yO4-z epitaxial thin films: Effects of site-dependent cation valence states (2020)
  • 著者名/発表者名: Kan Daisuke、Mizumaki Masaichiro、Kitamura Miho、Kotani Yoshinori、Shen Yufan、Suzuki Ikumi、Horiba Koji、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 22 ページ: 2244341-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.224434
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of inverted band structure in the topological Dirac semimetal candidate CaAuAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Kosuke、Wang Zhiwei、Takane Daichi、Souma Seigo、Kubota Yuya、Nakata Yuki、Cacho Cephise、Kim Timur、Ekahana Sandy Adhitia、Shi Ming、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Takahashi Takashi、Ando Yoichi、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 4 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.041104
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Polarity reversal of the charge carrier in tetragonal TiHx(x=1.6-2.0) at low temperatures (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Ryota、Sasahara Yuki、Hamada Ikutaro、Oguchi Hiroyuki、Ogura Shohei、Shirasawa Tetsuroh、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Orimo Shin-ichi、Fukutani Katsuyuki、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 号: 3 ページ: 0334671-9
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033467
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of the Crystal Orientation of Positive Electrodes on the Interface Resistance across a Solid Electrolyte and Electrode (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishio Kazunori、Nakamura Naoto、Horiba Koji、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Shimizu Ryota、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: ACS Applied Energy Materials 巻: 3 号: 7 ページ: 6416-6421
  • DOI: 10.1021/acsaem.0c00644
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Low resistance at LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 and Li3PO4 interfaces (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishio Kazunori、Nakamura Naoto、Horiba Koji、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Shimizu Ryota、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 116 号: 5 ページ: 053901-053901
  • DOI: 10.1063/1.5133879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic properties of perovskite strontium chromium oxyfluoride epitaxial thin films fabricated via low-temperature topotactic reaction (2020)
  • 著者名/発表者名: Chikamatsu Akira、Maruyama Takahiro、Katayama Tsukasa、Su Yu、Tsujimoto Yoshihiro、Yamaura Kazunari、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 4 号: 2 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.4.025004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous Hall effect at the spontaneously electron-doped polar surface of PdCoO2 ultrathin films (2020)
  • 著者名/発表者名: Harada T.、Sugawara K.、Fujiwara K.、Kitamura M.、Ito S.、Nojima T.、Horiba K.、Kumigashira H.、Takahashi T.、Sato T.、Tsukazaki A.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.013282
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relationship between charge redistribution and ferromagnetism at the heterointerface between the perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Miho、Kobayashi Masaki、Sakai Enju、Minohara Makoto、Yukawa Ryu、Shiga Daisuke、Amemiya Kenta、Nonaka Yosuke、Shibata Goro、Fujimori Atsushi、Fujioka Hiroshi、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 24 ページ: 2451321-8
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.245132
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth and physical properties of Ce(O,F)Sb(S,Se)2 single crystals with site-selected chalcogen atoms (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagao Masanori、Tanaka Masashi、Miura Akira、Kitamura Miho、Horiba Koji、Watauchi Satoshi、Takano Yoshihiko、Kumigashira Hiroshi、Tanaka Isao
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 289 ページ: 38-42
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2018.12.004
  • NAID: 120006939207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bottom-current-collector-free thin-film batteries using LiNi0.8Co0.2O2 epitaxial thin films (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishio Kazunori、Horiba Koji、Nakamura Naoto、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Shimizu Ryota、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 416 ページ: 56-61
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.01.067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of metallic monoclinic states of VO2 films induced by K deposition (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiga D.、Minohara M.、Kitamura M.、Yukawa R.、Horiba K.、Kumigashira H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 12 ページ: 125120-125120
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.125120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of two-dimensional electronic states at anatase TiO2(001) surface by K adsorption (2018)
  • 著者名/発表者名: Yukawa R.、Minohara M.、Shiga D.、Kitamura M.、Mitsuhashi T.、Kobayashi M.、Horiba K.、Kumigashira H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 号: 16 ページ: 165428-165428
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.165428
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-density two-dimensional electron system induced by oxygen vacancies in ZnO (2018)
  • 著者名/発表者名: Rodel T. C.、Dai J.、Fortuna F.、Frantzeskakis E.、Le Fevre P.、Bertran F.、Kobayashi M.、Yukawa R.、Mitsuhashi T.、Kitamura M.、Horiba K.、Kumigashira H.、Santander-Syro A. F.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 2 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.051601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial coherence of the insulating phase in quasi-two-dimensional LaNiO3 films (2018)
  • 著者名/発表者名: Anada Masato、Kowa Kazuhiro、Maeda Hiroki、Sakai Enju、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Sakata Osami、Nakanishi-Ohno Yoshinori、Okada Masato、Kimura Tsuyoshi、Wakabayashi Yusuke
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 1 ページ: 014105-014105
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.014105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of antiperovskite oxide Ca3SnO films by pulsed laser deposition (2018)
  • 著者名/発表者名: Minohara Makoto、Yukawa Ryu、Kitamura Miho、Kumai Reiji、Murakami Youichi、Kumigashira Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 500 ページ: 33-37
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.08.014
  • 査読あり
• [学会発表] PF BL-28におけるマイクロARPESシステムの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、相馬清吾、若林大佑、田中宏和、豊島章雄、雨宮健太、本間飛鳥、川上竜平、菅原克明、中山耕輔、佐藤宇史、組頭広志、堀場弘司
  • 学会等名: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物ヘテロ界面における電荷移動の発現機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、小林正起、簔原誠人、坂井延寿、湯川龍、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 非対称な電荷再分布が誘起するペロブスカイト遷移金属酸化物の界面磁性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、小林正起、坂井延寿、簔原誠人、湯川龍、志賀大亮、雨宮健太、野中洋亮、芝田悟朗、藤森淳、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 第30回日本 MRS年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Ferromagnetism induced by the charge redistribution at the interface between perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO3 (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • 学会等名: The IMR + MAX IV 2020 International Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship between charge redistribution and ferromagnetism at the heterointerface between LaNiO3 and LaMnO3 (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • 学会等名: The 3rd Symposium for The Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics
  • 国際学会
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物ヘテロ界面における電荷移動の発現機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、小林正起、簔原誠人、坂井延寿、湯川龍、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Mechanism of charge transfer at heterointerfaces between perovskite transition-metal oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • 学会等名: The 40th International Conference on Vaccum Ultraviolet and X-ray Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanism of charge transfer phenomena in perovskite-oxide interfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, R. Yukawa, H. Fujioka, K. Horiba, and H. Kumigashira
  • 学会等名: 26th International Workshop on Oxide Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] ペロブスカイト型遷移金属酸化物へテロ界面における電荷移動の発現機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、小林正起、簔原誠人、坂井延寿、湯川龍、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Present Status of wide-energy-range VUV-SX beamline BL-2 MUSASHI at KEK-PF (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, K. Horiba, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, A. Toyoshima, H. Tanaka, Y. Nagatani, T. Kosuge, K. Amemiya, and H. Kumigashira
  • 学会等名: International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI) 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Origin of Interfacial Ferromagnetism Between Perovskite Oxides LaNiO3 and LaMnO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, K. Horiba, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, and H. Kumigashira
  • 学会等名: 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
  • 国際学会
• [学会発表] ペロブスカイト型遷移金属酸化物へテロ界面における電荷移動のメカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、小林正起、簔原誠人、坂井延寿、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ペロブスカイト型遷移金属酸化物LaNiO3/LaMnO3ヘテロ構造における界面強磁性の起源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、小林正起、坂井延寿、簔原誠人、湯川龍、志賀大亮、雨宮健太、野中洋亮、芝田悟朗、藤森淳、藤岡洋、堀場弘司、組頭広志
  • 学会等名: 第10回放射光学会若手研究会
• [学会発表] Origin of interfacial ferromagnetism between perovskite transition-metal oxides LaNiO3 and LaMnO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura, K. Horiba, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, T. Nagai, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, and H. Kumigashira
  • 学会等名: The 42nd Annual Conference on MAGNETICS in Japan
  • 招待講演