電子相関系酸化物におけるアンダーソン局在の起源解明とその制御による超伝導体の探索

阐明电子相关氧化物中安德森局域化的起源并通过其控制寻找超导体

• 批准号: 20H02704
• 负责人: 岡 大地
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University (2022-2023)Tohoku University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02704/
• 关键词: アンダーソン局在; 電子相関; 酸化物; エピタキシー; 超伝導; 金属絶縁体転移; 酸窒化物; 複合アニオン; 二核錯体

本年度は前年度までの研究で合成に成功した遷移金属酸化物および希土類金属酸化物を対象に元素置換や構造変化による電子状態および電気伝導性の制御に取り組んだ。層状ペロブスカイト構造を持つSr3V2O7は本研究で初めてエピタキシャル合成に成功し、異方性の高い金属的電気伝導性を示すことを明らかにした化合物である。本年度はSrサイトの一部をLaで置換することで電子ドーピングし、電子キャリア濃度が電気伝導性の異方性に与える影響を評価した。0から1/3までのLa/Sr比で不純物を生じずにLaを導入することに成功し、電子キャリア濃度はLa組成に対して単調に増加した。結晶構造はほとんど変化しなかったにもかかわらず、電子状態の異方性を反映する磁気抵抗の磁場方位依存性は等方的に変化した。すなわち、電子キャリア濃度によって構造変化を伴わずに電子状態の次元性を制御できることが見出された。異常原子価状態を持つ希土類単酸化物は最近、エピタキシャル合成できることが分かった材料群であり、局在性の強い4f電子の性質が遍歴的な5d電子の電気伝導に反映される。これまでにCeOやPrOといった前期希土類金属単酸化物のエピタキシャル合成に成功し、弱い磁性と金属的な電気伝導が見出されている。本年度は後期希土類金属単酸化物であるHoOやTbOのエピタキシャル薄膜を合成し、その物性を評価した。いずれも明瞭な強磁性を示す一方、電気伝導率は前期希土類金属単酸化物に比べて低下した。これらの結果は4f電子数の変化によって磁性だけでなく5d電子に由来する電気伝導性が変化することを示している。

今年，我们致力于通过元素替代和结构变化来控制过渡金属氧化物和稀土金属氧化物的电子态和电导率，这些氧化物是前一年研究成功合成的。本研究首次成功外延合成了具有层状钙钛矿结构的Sr3V2O7，并显示出具有高度各向异性的金属导电性。今年，我们通过用La取代部分Sr位点来进行电子掺杂，并评估了电子载流子浓度对电导率各向异性的影响。我们成功地在La/Sr比为0至1/3时引入La而不产生杂质，并且电子载流子浓度随着La组成单调增加。尽管晶体结构几乎没有变化，但反映电子态各向异性的磁阻的磁场取向依赖性却各向同性地变化。换句话说，已经发现可以通过改变电子载流子浓度来控制电子态的维数，而不引起任何结构变化。具有不寻常价态的稀土一氧化物是最近发现的一组能够外延合成的材料，4f电子的高度局域化性质反映在5d电子的巡回导电中。到目前为止，我们已经成功外延合成了CeO、PrO等早期稀土金属一氧化物，并发现了弱磁性和金属导电性。今年，我们合成了晚期稀土金属单一氧化物HoO和TbO的外延薄膜，并评估了它们的物理性能。虽然两者都表现出明显的铁磁性，但它们的电导率低于早期的稀土金属一氧化物。这些结果表明，随着4f电子数量的变化，不仅磁性而且源自5d电子的电导率也发生变化。

项目成果

Electron localization induced by intrinsic anion disorder in a transition metal oxynitride

过渡金属氮氧化物中固有阴离子无序诱导的电子局域化

• DOI: 10.1038/s42005-021-00777-z
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 5.5
• 作者: Oka Daichi;Hirose Yasushi;Nakao Shoichiro;Fukumura Tomoteru;Hasegawa Tetsuya
• 通讯作者: Hasegawa Tetsuya

Rocksalt-type PrO epitaxial thin film as a weak ferromagnetic Kondo lattice

岩盐型 PrO 外延薄膜作为弱铁磁近藤晶格

• DOI: 10.1103/physrevb.105.014442
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 3.7
• 作者: Shimizu Hirokazu;Oka Daichi;Kaminaga Kenichi;Saito Daichi;Yamamoto Taku;Abe Nobuto;Kimura Noriaki;Shiga Daisuke;Kumigashira Hiroshi;Fukumura Tomoteru
• 通讯作者: Fukumura Tomoteru

PrOエピタキシャル薄膜における多様な磁性相の制御

PrO 外延薄膜中各种磁相的控制

• 发表时间: 2021
• 作者: 清水 宙一;齋藤 大地;神永 健一;岡 大地;福村 知昭
• 通讯作者: 福村 知昭

A high-TC heavy rare earth monoxide semiconductor TbO with a more than half-filled 4f orbital

一种具有半满4f轨道的高TC重稀土一氧化物半导体TbO

• DOI: 10.1039/d2dt02710k
• 发表时间: 2022
• 期刊: Dalton Transactions
• 影响因子: 4
• 作者: Satoshi Sasaki;Daichi Oka;Kenichi Kaminaga;Daichi Saito;Taku Yamamoto;Nobuto Abe;Hirokazu Shimizu;Tomoteru Fukumura
• 通讯作者: Tomoteru Fukumura

岩塩構造テルビウム酸化物TbOの薄膜合成および物性評価

岩盐结构氧化铽TbO的薄膜合成及物性评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐々木 智視;岡 大地;神永 健一;齋藤 大地;清水 宙一;福村 知昭
• 通讯作者: 福村 知昭