| 研究課題/領域番号 |
24224010
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
高木 英典 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40187935)
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| 研究分担者 |
山本 文子 独立行政法人理化学研究所, 無機電子複雑系研究チーム, 基幹研究所研究員 (50398898)
有馬 孝尚 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (90232066)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | 相関電子 / スピン軌道相互作用 / 5d遷移金属酸化物 / 酸化物超格子 / 量子スピン液体 |
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| 研究概要 |
5d遷移金属であるイリジウム（Ir4+）の酸化物では強いスピン軌道相互作用が、d電子の状態を大きく変え、Jeff=1/2状態の電子が磁性や伝導を担っていることが明らかとなった。Jeff=1/2状態の電子の波動関数には軌道回転に伴う量子位相が内包されている。量子位相効果を体現するような新しい状態の探索を目指している。
イリジウム複合酸化物のスピン軌道相互作用誘起の電子相を薄膜超格子構造を用いて人工的に創成した。3次元ペロブスカイトSrIrO3は強いスピン軌道相互作用と格子変形の協奏により半金属である。その二次元版である層状Sr2IrO4はJeff=1/2のスピン軌道モット絶縁体であるのと対照的である。半金属性の起源は、フェルミ準位近傍にディラック点が存在するが、ディラック点での縮退が磁性のような時間反転対称性を破る摂動がないと解けないことによるとされている。したがって、超格子構造を用いて、SrIrO3の実効的な次元性を低下させれば、いずれ弱い磁性の出現とともに金属絶縁体転移が生じると予想された。パルスレーザー堆積法によりSrIrO3とSrTiO3からなる人工超格子[(SrIrO3)m, (SrTiO3)1]をSrTiO3(100)基板上に作製したところ、SrIrO3の層数が3以下で、弱い強磁性が観測され、同時に系は弱い絶縁体に転移した。この結果は、ディラック点の縮退と磁性によって系の伝導が支配されていることを支持すると同時に、薄膜超格子構造を用いた磁性の「設計」のモデルケースを提供した。
バルクの新物質としてハイパーカゴメ構造を有するNa3Ir3O8を発見し、その基底状態がスピン軌道相互作用誘起半金属状態にあることを明らかにした。また、キタエフ型量子スピン液体の舞台となるハニカム型の新物質を発見した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
年度当初、準備段階の成果を発展させつつも、今後の展開の礎となるスピン軌道相互作用の物理を体現する物質の開拓に注力することを意図していた。超薄膜の作製や新物質開拓で着実に成果を挙げることができ、プロジェクトの今後進展が十分に計算できるようになった。同時に準備段階の成果の解析を進め、論文として発表した。これらの成果に基づいて10件の国際会議の招待講演を受けた。一年間で、計画通りに進捗していると評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
超薄膜を用いた電子構造の制御や、ユニークな構造を有する新物質の開拓に成功した。これらを舞台として、新規な電子相の探索に注力する。具体的には薄膜を用いたバンドエンジニアリング特にトポロジカル相への展開、キタエフスピン液体状態の実現へ向けた物質開発などを強力に推進する。同時に新物質開発の努力も継続する。研究の過程で、3次元ディラック電子の存在が強く示唆されるようになってきた。3次元ディラック電子の開拓も新たな物質開発の視点として強く意識する。
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