研究課題
基盤研究(C)
層状ルテニウム酸化物Ca2RuO4は刺激に敏感なモット絶縁体です。わずかな電場で絶縁体から金属に転移し、電流下の巨大反磁性、高圧下の超伝導、巨大な負の熱膨張などが報告されています。しかし、これらの現象を担う電子状態について、実験研究が遅れています。本研究課題では、(1)角度分解光電子"顕微"分光、(2)高品質な単結晶の育成技術、(3)酸素量制御による金属化、の三つの戦略を束ねることで現状を突破し、絶縁相と金属相における電子の状態を波数空間で直接観測することを狙いとします。モット転移による多彩な物性の発現機構についての知見は、新しい電子制御素子の開発に波及することが期待されます。
層状ルテニウム酸化物Ca2RuO4の金属絶縁体転移を担う電子構造を解明するため、角度分解光電子 "顕微" 分光、高品質単結晶の育成、酸素量制御による金属化の３つを軸に研究開発を進めました。モット絶縁体にCa2RuO4に微量の過剰酸素を導入すると、電子状態のエネルギー分布がeVスケールで劇的に変化して、2枚の正方形型のフェルミ面が出現することを、直接観測により明らかにしました。これは、過剰酸素の導入によって、バンド選択的なモット転移が起きることを示しています。
層状ルテニウム酸化物Ca2RuO4は、電流・圧力・温度・元素置換などの外的刺激に敏感に反応するモット絶縁体ですが、絶縁相から金属相に至る電子状態の変化の経路が、外的刺激の種類によって異なり、多様な形態を示すことが判明しました。過剰酸素を導入したCa2RuO4+δのフェルミ面の直接観測から得られた知見は、強相関物質で見られる激しい物性現象のしくみの解明と制御方法の構築につながる有力な手がかりを提供します。
すべて 2023 2022 2021 2020
すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件)
Physical Review B
巻: 105 号: 19 ページ: 195111-195111
10.1103/physrevb.105.195111
Phys. Rev. B
巻: 105 号: 12 ページ: 1-6
10.1103/physrevb.105.l121103
Physical Review Letters
巻: 127 号: 21 ページ: 217004-217004
10.1103/physrevlett.127.217004
Solid State Communications
巻: 326 ページ: 114180-114180
10.1016/j.ssc.2020.114180
