研究課題
強相関遷移金属酸化物SrVO3薄膜において、金属量子井戸（QW）状態が発見された。本研究は、強相関QWを用いた超格子などのデバイス展開に向けた、新たな量子物性の探索及び物質設計の基板を築くことを目的に研究を進めている。金属QW状態を利用した物質設計のためには、SrVO3 QW構造の基礎的な性質の理解に加えて、多層膜や多量子井戸構造の性質を調べる必要があると考えられる。そこで、SrVO3 QWに加え、絶縁層となるSrTiO3とSrVO3 QWを組み合わせた多層膜構造を作製し、Photon Factoryで新たに立ち上げたBL2Aにおいて、角度分解光電子分光（ARPES）測定を行った。1. SrVO3層をSrTiO3層で挟んだ多層膜構造を作製し、多量子井戸構造における絶縁層の臨界膜厚を決定するための実験を行った。SrVO3層の間にあるSrTiO3層を厚くしていくことで、SrVO3層のQW状態が変化していく様子が観測された。SrTIO3層が10 MLの厚さになると、SrVO3層の間の繋がりがなくなることが分かり、多量子井戸構造になる膜厚を決めることに成功した。2. SrVO3層をSrTiO3層で挟んだ多層膜構造を作製し、SrVO3層間の波動関数の重なりが電子構造に与える影響を調べた。SrTiO3層の厚さを固定し、SrVO3層の厚さを変えることで、QW状態の波動関数が変化する様子を観測することに成功した。3. SrVO3層における金属絶縁体転移を制御するために、金属絶縁体転移近傍の膜厚におけるSrVO3 QWの電子状態をARPESにより詳細に調べた。その結果、金属絶縁体転移近傍では、SrVO3バルクでみられる金属状態から別の性質を持つ金属の状態へと変化していくことを明らかとした。以上、SrVO3 QWを用いた物質設計のために、いくつかの重要な結果を得ることができた。
1: 当初の計画以上に進展している
SrVO3層と絶縁層であるSrTiO3を組み合わせた、SrVO3/SrTiO3多層膜構造の作製に成功し、ARPES測定を行えたことは特筆に値する。SrVO3/SrTiO3多層膜構造において、SrVO3膜厚制御による系統的なQW状態の変化が見られており、より詳細に調べることで、強相関QW状態の制御法の確立への道を拓けると考えている。また、ARPESの詳細な解析から金属絶縁体転移に関する知見が得られ、電子相関の性質を用いた物質設計やデバイス展開において重要であると考られる。
今年度は、SrVO3/SrTiO3多層膜構造の成膜条件の最適化を行った。本年は、SrVO3/SrTiO3多層膜構造においてSrVO3層とSrTiO3層の膜厚を変えたいつくかの組み合わせを作製し、ARPESによりそのQW状態を明らかとする。これにより、多層膜構造を用いた強相関QW状態の制御法の確立を目指す。
今年度では、装置のトラブルが起こることが少なく、予備に物品を購入する必要性が希薄であったために、物品の購入を控えた。
本年度では、装置の修繕ならびに改良をするために、物品を購入することを検討している。
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