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。

稀土一氧化物的合成稳步发展。 He first synthesized an epitaxial thin film of PrO, which had only polycrystalline synthesised about 40 years ago, and published a paper on how it is a Kondo lattice metal with a Curie temperature of 28 K. In addition, he synthesized an epitaxial thin film, which is the first solid phase of HoO, which had previously been known to exist only in the gas phase, and published a paper that HoO is a ferromagnetic半导体，居里温度相对较高（约140 K）。这是一个比其他HO辣奶油蛋白酶和他酸的质量温度高100 k的，并且在高居里温度下观察到了类似于这些化合物的元磁行为。换句话说，元磁发育的温度也极高。此外，已经发现，在铁磁半导体上掺杂载体通常会升高居里温度，但在hoo中，它会降低温度。 CEO，TBO，Dyo和Ero也有薄膜合成的前景，我们计划阐明这些薄膜的基本特性。作为次要结果，发现可以使用类似技术合成PR的亚稳相薄膜，因此将研究物理特性。此外，通过退火NB掺杂的SRTIO3单晶，可以形成可以防止氧扩散的SRO末端表面，并且可以直接合成具有平坦表面的EUO外延薄膜。其他稀土一氧化物可能会类似地合成。关于稀土一氧化物和金属的杂质结构，可以制造Pt/euo，但是使用GDO使用GDO较高的PT/GDO由于GDO的化学不稳定性而无法制造质量质量的结构。需要优化GDO薄膜，但是发现缓冲层的使用对此有效。另一方面，我们成功地制造了NDO/EUO和Pro/Lao的异质结构，其中每一层都有岩石盐结构。前者允许我们研究EUO的巨大磁接近效应，后者使我们能够研究铁磁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)

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