研究課題
研究活動スタート支援
本研究では、3d電子系強相関酸化物金属量子井戸で発現する軌道選択的量子化が低次元伝導に与える影響を明らかにするため、様々な面方位基板上に強相関酸化物極薄膜を作製し、その電子状態を明らかにすることを目的としている。本年度はペロブスカイト酸化物であるSrVO3とSrTiO3を用いて量子閉じ込めにおける表面と界面のポテンシャルの違いについての研究を行った。様々な量子井戸長（膜厚）を持つSrVO3金属量子井戸上にSrTiO3薄膜堆積の有無を制御し、SrTiO3薄膜堆積による電子状態の違いを放射光光電子分光により測定することで、金属量子井戸中に形成される量子化準位の違いから表面と界面での定在波の閉じ込めの程度に関する考察を行なった。その結果、SrVO3膜厚依存角度分解光電子スペクトルより、SrTiO3薄膜堆積の有無で観測される量子化準位のピーク位置に違いが見られた。このピーク位置を従来の位相シフト量子化則を用いて解析することで表面・界面における位相シフトを見積もった。その結果、SrTiO3との界面においては、表面（真空との界面）と比較し、定在波が量子井戸構造中に良く閉じ込められており、理想的な量子化状態に近いことが明らかとなった。一方で、表面では量子化準位のエネルギーが高くなるほど閉じ込めが悪くなり、定在波のしみ出しが起こっていることが明らかとなった。この研究アイディアおよび研究結果はAgなどの単純な金属を用いた量子井戸では実現できないものであり、本研究での強相関酸化物量子井戸で初めて明らかになったものである。
2: おおむね順調に進展している
本年度のSrVO3を用いた量子井戸の研究に関しては、軌道選択的量子化に着目した当初の予定とは少し異なるものの、強相関酸化物を用いた量子井戸の特徴的な結果として十分な成果であると考えられる。また、今年度に行なう(110)金属量子井戸に関しては、そお構造は十分な品質の薄膜が作製可能であるとの結果が既に得られており、本年度の研究も円滑に進むものと考えられる。
今年度は、昨年度とは異なる面方位上にSrVO3金属量子井戸構造を作製することで、軌道選択的量子化における量子化軸と軌道の向きに関する知見を得ることを目的とする。具体的には(110)方向(xy方向)への量子閉じ込めを実現し、これまでの(001)方向(z方向)の量子井戸との比較を行なう。(001)と(110)方向は直交するためxy, yz, zx方向に向いた軌道と量子化軸の関係が異なり、軌道の量子化の有無が面方位により異なることが予想される。そこで、昨年度と同様にパルスレーザー堆積法を用いてSrTiO3(110)基板上にSrVO3極薄膜を堆積することで(110)金属量子井戸構造を作製する。角度分解光電子分光により量子化状態を観測し、(001)方向の量子井戸との比較を行なう。量子化状態の面内分散を測定し、理論計算と比較することでサブバンドを形成する軌道を同定し、(110)量子井戸における軌道選択的量子化の発現を明らかにする。また、(001)と(110)方向では膜厚方向の単位格子の大きさが異なるため、同一格子数での厚さが異なる。そのため、量子化の発現する臨界膜厚が方位により異なることが予想される。そこで、量子井戸の長さが量子化現象の発現に与える影響に関する知見も(001), (110)量子井戸から考察を行なう。さらに、Ti, V系の二元系酸化物薄膜の合成と極薄膜化や、自然量子井戸の観点からダブルペロブスカイト酸化物薄膜の合成を行なうことで他の強相関金属量子井戸の可能性を探る予定である。
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