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

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14130
• 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
• 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

研究実績の概要

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。この目的を達成するために、レーザー分子線エピタキシー法を用いて、酸化物単結晶基板上に膜厚を分子層レベルで制御しながら各層の膜厚が異なる複数のペロブスカイト型遷移金属酸化物積層構造を作製した。作製したヘテロ構造に対して、元素の吸収端のエネルギーの放射光を励起光とした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評価した。
第一段階のターゲットとして、これまでの研究から界面で遷移金属イオン間の電荷移動による価数変化が起こると分かっている、LaNiO3とLaMnO3のヘテロ界面をターゲットとして研究を行った。しかしながら、LaMnO3が半導体であるために、LaMnO3元々のバンド構造が明瞭に観測することが困難であり、LaNiO3/LaMnO3ヘテロ界面では、元素選択的なバンド構造を捉えることができなかった。
そこで、LaMnO3にホールをドープすることで伝導性をあげたLa1-xSrxMnO3にターゲットを変更し実験を行った。半導体であるLaMnO3とは異なり、金属であるLa1-xSrxMnO3では変調前の電子バンドを明瞭に観測でき、また、LaNiO3に関しても明瞭なバンド構造を観察することに成功した。さらにX線吸収分光測定から、LaNiO3とLaMnO3と同様に界面のMnイオンとNiイオン間で電荷移動が起こっていることが明らかとなった。この高品質なLa1-xSrxMnO3とLaNiO3を用いてヘテロ構造を作製し、MnとNiそれぞれの吸収端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NiバンドとMnバンドを分離して観測することに成功した。

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 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 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 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 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 ページ: 224434(1)～(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 ページ: 115114 (1)～(8)
  • 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 ページ: 033467 (1)～(9)
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.033467
  • 査読あり
• [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 ページ: 6416～6421
  • DOI: 10.1021/acsaem.0c00644
  • 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