Exploration of new functionalities in 4f-5d electron system via invention of rare earth monoxides

通过稀土一氧化物的发明探索4f-5d电子系统的新功能

基本信息

批准号：
21H05008
负责人：
福村知昭
金额：
$ 126.46万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

希土類単酸化物の薄膜合成は着々と進んだ。約40年前に多結晶が合成されたのみであるPrOのエピタキシャル薄膜を初めて合成し、キュリー温度が28 Kの弱強磁性を示す近藤格子系金属であることを論文発表した。くわえて、これまで気相のみ存在が知られていたHoOの初固相でもあるエピタキシャル薄膜を合成し、HoOが強磁性半導体で比較的高いキュリー温度（約140 K）をもつことを論文発表した。これは他のHoカルコゲナイドやニクトゲンより100 K以上も高いキュリー温度であり、その高いキュリー温度直下でそれらの化合物と似たメタ磁性の挙動が見られた。つまり、メタ磁性発現の温度もきわめて高い。また、一般に強磁性半導体にキャリアドープを行うとキュリー温度は増大するが、HoOでは逆に減少することがわかった。CeO、TbO、DyO、ErOについても薄膜合成の見込みが立っており、それらの基本的な性質を解明する予定である。副次的な結果として、同様の手法でPrの準安定相薄膜を合成できることがわかったため、物性を調べる予定である。また、NbドープSrTiO3単結晶をアニール処理することで、酸素拡散を防ぐことのできるSrO終端面を形成することができ、その上に直接、平坦な表面をもつEuOエピタキシャル薄膜を合成することが可能になった。他の希土類単酸化物も同様に合成できる可能性がある。希土類単酸化物と金属のヘテロエピタキシャル構造については、Pt/EuOは作製可能であるが、より高いキュリー温度をもつGdOを用いたPt/GdOは、GdOの化学的不安定性から良質な構造の作製ができていない。GdO薄膜の最適化が必要であるが、それにはバッファー層の利用が効果的であることがわかった。一方、各層が岩塩構造である、NdO/EuOやPrO/LaOのヘテロエピタキシャル構造の作製に成功した。前者ではEuOからの大きな磁気近接効果を、後者では強磁性と超伝導の競合を調べることが可能となった。

稀土一氧化物的薄膜合成稳步进展。他首次合成了大约40年前才以多晶形式合成的PrO外延薄膜，并发表论文表明它是近藤晶格金属，居里温度为28 K，表现出弱铁磁性。此外，他们合成了一种外延薄膜，这是HoO的第一个固相，迄今为止，HoO仅以气相存在，并发表了一篇论文，表明HoO是一种具有相对较高居里温度（大约140K）。它的居里温度比其他 Ho 硫族化物和氮元素高 100 K 以上，并且在高居里温度以下观察到与这些化合物类似的变磁行为。也就是说，发生超磁性的温度也是极高的。此外，虽然铁磁半导体中的载流子掺杂通常会提高居里温度，但在 HoO 中却发现居里温度降低。 CeO、TbO、DyO 和 ErO 也有望用于薄膜合成，我们计划阐明它们的基本性质。作为次要结果，我们发现可以使用类似的方法合成 Pr 亚稳态薄膜，并且我们计划研究其物理性质。另外，通过对Nb掺杂SrTiO 3 单晶进行退火，可以形成能够防止氧扩散的SrO终端表面，并且可以在其上直接合成具有平坦表面的EuO外延薄膜。其他稀土一氧化物也可以以类似的方式合成。对于稀土一氧化物和金属的异质外延结构，可以制备Pt/EuO，但由于GdO的化学不稳定性尚未完成，因此很难利用具有较高居里温度的GdO制备高质量的结构。有必要优化 GdO 薄膜，并且发现使用缓冲层对于此目的是有效的。另一方面，我们成功地制备了NdO/EuO和PrO/LaO异质外延结构，其中每层都具有岩盐结构。前者可以研究EuO的大磁邻近效应，而后者可以研究铁磁性和超导性之间的竞争。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

高温強磁性半導体GdOエピタキシャル薄膜の結晶性と物性の改善

高温铁磁半导体GdO外延薄膜结晶度和物理性能的改善

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jun Okabayashi;Yoshio Miura;Kazuya Z. Suzuki;Shigemi Mizukami;深沢崇人，岡大地，神永健一，齋藤大地，清水宙一，福村知昭
通讯作者：
深沢崇人，岡大地，神永健一，齋藤大地，清水宙一，福村知昭

武漢理工大学(中国)

武汉理工大学（中国）