研究課題
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、新しい電子制御素子の開発の手がかりとして注目を集めています。しかし、Ca2RuO4の金属絶縁体転移を引き起こすフェルミ面の形状については、外的刺激の種類によって異なる報告がなされており、より多くの実験的知見が必要とされています。本研究課題では、(1)角度分解光電子 "顕微" 分光、(2)高品質単結晶の育成、(3)酸素量制御による金属化の３つを戦略の軸として、Ca2RuO4の金属絶縁体転移を担う電子構造を直接的に観測する実験を展開しました。まず、結晶育成雰囲気の酸素分圧を上げることで、過剰酸素を含むCa2RuO4+δの高品質単結晶を作製しました。そして、集光された軟X線放射光を励起光とする角度分解光電子顕微分光実験によって、過剰酸素の導入とともに一部の電子バンドが選択的に金属化してフェルミ面が出現する様子を直接観測することに成功しました。酸素量の制御が応用開発に必須かつ有力な技術であることを実証しました。また、真空紫外光電子顕微分光実験により、試料温度の上昇とともにフェルミ準位の近傍にスペクトル密度が移動する様子を観測しました。これらの取り組みを通して角度分解光電子分光における走査顕微機能の高度化を実現し、微小領域を選別してバンド分散を観測する手法を確立しました。そのため、微小結晶超伝導体ZrP2-xSexのフェルミ面の直接観測にも成功しました。本課題で確立された実験手法により、フェルミ面やバンド分散を直接観測できる物質の範囲が一気に拡大しました。
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Physical Review B
巻: 105 ページ: 1-8
10.1103/PhysRevB.105.195111
