研究課題
今年度はGdTiO3薄膜の成長に取り組み、結晶性の高い薄膜がガスソースMBEにより作成可能であることが分かった。EuTiO3薄膜との積層構造において、電荷不整合により界面でEuTiO3層に電子をドープすることに成功した。GdTiO3/EuTiO3二層膜のEuTiO3膜厚を変化させたところ、面抵抗、キャリア面密度がEuTiO3の膜厚によらずほぼ一定になることが分かった。抵抗率の温度依存性で、EuTiO3層のネール温度5.5 Kにキンクを示すことから、二層膜の電子はEuTiO3層側を流れていることが分かった。さらに、移動度から界面に誘起されたキャリア密度は1021 cm-3のオーダーと非常に高いこと、また、このGdTiO3/EuTiO3の異常ホール効果の磁場依存性が非常に興味深い振る舞い示すことを発見した。外部磁場によって反強磁性のスピンが傾いて、その磁化の垂直成分に比例して異常ホール効果が出るはずであるが、GdTiO3/EuTiO3二層膜では異常ホール効果の立ち上がりが早く、ヒステリシスも伴うことが分かった。界面キャリアのキャリア密度が1021 cm-3のオーダーであることから、2018年に報告済の磁化過程でワイル・ノードをフェルミ面がよぎるために起こる異常ホール効果が磁化に比例しないという起源とは異なる。今回この起源が、界面数nmに電流が流れている領域のスピンが界面から離れた大部分のスピンより磁場に対する立ち上がりが早いためであるということが、磁化と異常ホール効果の測定解析により明らかになった。このような、電荷不整合界面の研究は他に多くあるが、Gd3+、Eu2+の大きな7mBスピンが磁気秩序している中に電荷不整合界面に誘起した伝導の研究はこれまでになく新しい知見が得られつつあり、今後大きく発展することが期待される。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Advanced Materials32
巻: 32 ページ: 1908310
10.1002/adma.201908315
