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TiOは高融点、高硬度でかつ金属的伝導性を持つことが予想され、物性的に興味深い物質である。しかし、大気圧下では合成が難しく、特に単結晶は得られていないため、電子状態や物性の詳細については未知の状態にある。本研究は、TiOと格子の整合性がよく、かつTiOの結晶化のために必要な高温処理が可能なMo(100)基板上にエピタキシャル的に薄膜を積み上げることにより、TiOの単結晶薄膜の合成を目指したものである。
通常、酸化物薄膜は酸素雰囲気化で金属蒸着を行うことで合成される。当初、その方法でのTiO合成を目指したが、酸素雰囲気化でTi蒸着を行うとMo基板が激しく酸化されて結晶が崩れ、エピタキシャル的な薄膜成長が不可能であることが分かった。種々検討の結果、最初超高真空下でTi蒸着を行い、Mo(100)基板をTi薄膜で覆った後酸化処理を行うことにより、下地の酸化を抑えて結晶性の良いTi酸化物薄膜を合成しうることを見出した。得られた薄膜の化学状態を光電子分光により分析した結果、薄膜を加熱すると1100℃まではTiO2であり、1100℃以上でTiOとなることを見出した。さらに、単結晶化の条件を探査した結果、1300℃で10秒加熱すると(2×2)、1300℃で20秒加熱すると(4×1)周期で下地と整合したTiO単結晶薄膜が得られることが分かった。これらの薄膜に対し、現在電子状態分析を行っている。
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