Electronic phase control of perovskite nickel oxides using bismuth based ferroelectrics

使用铋基铁电体对钙钛矿镍氧化物进行电子相位控制

• 批准号: 20J10861
• 负责人: 西野 隆太郎
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J10861/
• 关键词: 電気二重層トランジスタ; 異常ホール効果; CaIrO3; 酸化物ヘテロ界面

研究当初はLaNiO3/CaMnO3界面に生じる界面強磁性を、イオン液体を介した強誘電体BiFeO3の分極反転によって制御する実験を計画していたが、次の2点の問題により研究遂行が困難となった。(i)LaNiO3/CaMnO3界面に生じる異常ホール効果が非常に小さく、界面強磁性の検出方法として適切でないことが判明した。(ii)BiFeO3が化学的に不安定なために、イオン液体/強電体界面に形成される電気二重層を用いて分極反転を促すと電気化学反応が生じることが判明し、分極反転による界面強磁性の制御が困難となった。そこで研究計画を変更し、LaNiO3/CaMnO3界面よりも大きな異常ホール効果が期待できる界面強磁性系の探索を行い、その物性を強誘電体ではなくイオン液体をゲート絶縁部に採用した電気二重層トランジスタによって制御する方向へと研究計画をシフトした。結果として線形分散なバンド構造を持つCaIrO3で構成されたCaIrO3/CaMnO3界面が、LaNiO3/CaMnO3界面よりも100倍以上大きな異常ホール効果を示すことを見出した。また、電気二重層トランジスタを用いて異常ホール抵抗を外部電界によって制御することにも成功し、その電場制御性からCaIrO3/CaMnO3界面の異常ホール効果がCaIrO3層のバンド構造を強く反映した内因性効果であることを見出した。これらの成果をまとめ、現在論文を執筆中であり、当初の研究計画から大幅な変更があったものの、十分な研究の進展があった。

研究之初，我们计划通过离子液体对铁电BiFeO3进行极化反转来控制LaNiO3/CaMnO3界面处产生的界面铁磁性，但以下两个问题导致该研究难以开展。 。 (i)发现LaNiO3/CaMnO3界面处发生的反常霍尔效应非常小，不适合作为检测界面铁磁性的方法。 (ii)由于BiFeO3化学不稳定，因此发现当使用在离子液体/铁电界面处形成的双电层促进极化反转时会发生电化学反应，并且由于极化反转而导致的界面强度变得难以控制磁性。因此，我们改变了研究计划，寻找一种有望比LaNiO3/CaMnO3界面具有更大反常霍尔效应的界面铁磁体系，研究计划转向通过控制来控制。结果发现，由具有线性色散能带结构的CaIrO3组成的CaIrO3/CaMnO3界面表现出比LaNiO3/CaMnO3界面大100倍以上的反常霍尔效应。我们还成功地利用双电层晶体管通过外部电场控制反常霍尔电阻，从电场可控性来看，CaIrO3/CaMnO3界面处的反常霍尔效应是一种本征效应，强烈反映了材料能带结构。我发现了 CaIrO3 层。我们目前正在写一篇论文来总结这些结果，虽然与原来的研究计划相比有很大的变化，但我们的研究已经取得了足够的进展。