分子線エピタキシー成長による人工ネマティック構造の創製

• 研究領域: 量子液晶の物性科学
• 研究課題/領域番号: 22H04471
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 打田 正輝 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50721726)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: ネマティック相 / 薄膜

研究開始時の研究の概要

二層ルテニウム酸化物Sr3Ru2O7は、強い量子揺らぎを持つ電子ネマティック相の代表系として、高純度なバルク単結晶を用いた研究が進められてきた。本研究では、高品質なルテニウム酸化物薄膜の作製を可能にする分子線エピタキシー法を利用して、バルク単結晶では不可能なパラメータを制御した人工ネマティック構造の実現を目指す。

研究実績の概要

分子線エピタキシー法により、二層ルテニウム酸化物Sr3Ru2O7の高品質な単結晶薄膜の作製に成功した。さらに、基板からのエピタキシャル歪みによって、ネマティック秩序を伴うメタ磁性転移がゼロ磁場へと移動し、大きな飽和磁化を持つ強磁性基底状態が安定化する振る舞いが現れることがわかった。第一原理計算との比較の結果、基板からの巨大な引張歪みによって面直方向のRu-Ru間距離が大きく減少し、強磁性交換相互作用が増大することで、強磁性状態が現れることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Intrinsic insulating transport characteristics in low-carrier density EuCd2As2 films (2024)
  • 著者名/発表者名: Nishihaya Shinichi、Nakamura Ayano、Ohno Mizuki、Kriener Markus、Watanabe Yuto、Kawasaki Masashi、Uchida Masaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 124 号: 2 ページ: 023103-023103
  • DOI: 10.1063/5.0183907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Edge and Bulk States in Weyl-Orbit Quantum Hall Effect as Studied by Corbino Measurements (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakazawa, R. Kurihara, M. Miyazawa, S. Nishihaya, M. Kriener, M. Tokunaga, M. Kawasaki, M. Uchida
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 号: 2 ページ: 0237061-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.93.023706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Berry curvature derived negative magnetoconductivity observed in type-II magnetic Weyl semimetal films (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Ayano、Nishihaya Shinichi、Ishizuka Hiroaki、Kriener Markus、Ohno Mizuki、Watanabe Yuto、Kawasaki Masashi、Uchida Masaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.109.l121108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic state with large magnetic moments realized in epitaxially strained Sr3Ru2O7 films (2024)
  • 著者名/発表者名: Oshima Ren、Hatanaka Tatsuto、Nishihaya Shinichi、Nomoto Takuya、Kriener Markus、Fujita Takahiro C.、Kawasaki Masashi、Arita Ryotaro、Uchida Masaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.109.l121113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic excitations in the square-lattice iridate Ba2IrO4 (2023)
  • 著者名/発表者名: J. P. Clancy, H. Gretarsson, A. Lupascu, J. A. Sears, Z. Nie, M. H. Upton, J. Kim, Z. Islam, M. Uchida, D. G. Schlom, K. M. Shen, and Y.-J. Kim
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 号: 5
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.054423
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strain-modulated anisotropic electronic structure in superconducting RuO2 films (2022)
  • 著者名/発表者名: Occhialini Connor A.、Martins Luiz G. P.、Fan Shiyu、Bisogni Valentina、Yasunami Takahiro、Musashi Maki、Kawasaki Masashi、Uchida Masaki、Comin Riccardo、Pelliciari Jonathan
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 6 号: 8 ページ: 084802-084807
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.6.084802
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Triangular-Lattice Magnetic Semiconductor Producing Giant Anomalous Hall Signals (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Uchida
  • 学会等名: 2023 MRS Spring Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of magnetic ground states in largely strained Sr3Ru2O7 films (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Uchida
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
  • 国際学会
• [学会発表] 磁性ワイル半金属EuCd2Sb2薄膜における磁気輸送特性の磁場方位依存性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村彩乃, 西早辰一,Markus Kriener, 渡辺悠斗,川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] ワイル半金属候補物質EuCd2As2の薄膜作製による低キャリア濃度化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西早辰一, 中村彩乃, 大野瑞貴, Markus Kriener, 渡辺悠斗, 川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 磁性ワイル半金属薄膜における磁気輸送現象 (2023)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] EuCd2薄膜における多成分トポロジカルホール効果の特異な履歴特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺悠斗, 西早辰一,Markus Kriener, 中村彩乃,川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 分子線エピタキシー法により作製したSrRuO3薄膜の量子輸送状態の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松木優太, 西早辰一, 大島 蓮, 三輪史哉, 打田正輝
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Molecular beam epitaxy of Ruddlesden-Popper strontium ruthenates (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Oshima, Y. Matsuki, T. Hatanaka, S. Nishihaya, F. Miwa, T. Nomoto, M. Kriener, T. C. Fujita, M. Kawasaki, R. Arita, M. Uchida
  • 学会等名: 29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE29)
  • 国際学会
• [学会発表] Controlling magnetic ground states of Sr3Ru2O7 by epitaxial strain (2023)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 令和5年度 新学術領域「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [学会発表] Berry curvature derived negative magnetoconductivity in type-II magnetic Weyl semimetal EuCd2Sb2 films (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, S. Nishihaya, H. Ishizuka, M. Kriener, M. Ohno, Y. Watanabe, M. Kawasaki, M. Uchida
  • 学会等名: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Examining multi-component quantum oscillations in SrRuO3 films (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuki, S. Nishihaya, M. Kriener, R. Oshima, F. Miwa, M. Uchida
  • 学会等名: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-component topological Hall effect observed in films of a frustrated magnet EuCd2 (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Nishihaya, Y.Watanabe, M. Kriener, A. Nakamura, M. Uchida
  • 学会等名: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Changing magnetic ground states by epitaxial strain in Sr3Ru2O7 films (2023)
  • 著者名/発表者名: R. Oshima, T. Hatanaka, S. Nishihaya, T. Nomoto, M. Kriener, T. C. Fujita, M. Kawasaki, R. Arita, M. Uchida
  • 学会等名: CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2024
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化物ヘテロ界面における異方的な歪み状態の解明と機能創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 新学術領域「機能コアの材料科学」2023年度公開シンポジウム
• [学会発表] SrRuO3薄膜における多成分量子振動の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松木優太, 西早辰一, Markus Kriener, 大島蓮, 三輪史哉, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Magnetotransport of magnetic Weyl semimetal candidate EuZn2Sb2 films (2023)
  • 著者名/発表者名: Hsiang Lee, 西早辰一, 中村彩乃, Markus Kriener, 渡辺悠斗, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] 磁性ワイル半金属薄膜における面内異常ホール効果の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村彩乃, 西早辰一, 石塚大晃, Markus Kriener, 渡辺悠斗, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Maximizing anomalous Hall effect by tuning the Fermi level in simple Weyl semimetal EuCd2Sb2 (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Uchida, M. Ohno, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, R. Arita, M. Kawasaki
  • 学会等名: 2023 American Physical Society March Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 磁性ワイル半金属EuCd2Sb2薄膜における磁気抵抗の特徴変化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中村彩乃, 西早辰一, 大野瑞貴, 渡辺悠斗, 川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] EuA2(A = Cd,Zn)薄膜におけるトポロジカルホール効果の比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡辺悠斗, 西早辰一, M. Kriener, 中村彩乃, 川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] EuCd2エピタキシャル薄膜における多成分トポロジカルホール効果の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西早辰一, 渡辺悠斗, M. Kriener, 中村彩乃, 川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Sr3Ru2O7薄膜における巨大エピタキシャル歪みにより誘起された強磁性状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大島蓮, 西早辰一, 藤田貴啓, M. Kriener, 川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Quantum Hall conduction on topological semimetal Fermi arcs (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Uchida
  • 学会等名: 15th Asia Pacific Physics Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 強磁場を利用した半金属・半導体薄膜の新奇量子輸送状態に関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 第4回強磁場フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication and control of Sr3Ru2O7 films by molecular beam epitaxy (2022)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 令和4年度 新学術領域「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [学会発表] 酸化物ヘテロ界面における異方的な歪み状態の解明と機能創出 (2022)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 新学術領域「機能コアの材料科学」領域全体会議
• [学会発表] 分子線エピタキシー成長による人工ネマティック構造の創製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 打田正輝
  • 学会等名: 新学術領域「量子液晶の物性科学」公募班キックオフミーティング
• [学会発表] Maximizing anomalous Hall effect by tuning the Fermi level in simple Weyl semimetal films (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Ohno, S. Minami, Y. Nakazawa, S. Sato, M. Kriener, R. Arita, M. Kawasaki, M. Uchida
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] EuCd2薄膜における巨大なトポロジカルホール効果の観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡辺悠斗, 西早辰一, 中村彩乃, 打田正輝
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 分子線エピタキシー法による高品質Sr3Ru2O7薄膜の作製と評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大城蓮, 西早辰一, 藤田貴啓, 川﨑雅司, 打田正輝
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会