希土類単酸化物におけるトポロジカル磁気状態の制御

稀土一氧化物拓扑磁态的控制

基本信息

批准号：
19F19347
负责人：
福村知昭
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-11-08 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前期ランタノイド単酸化物は，約40年前に粉末多結晶として報告されていたが，周期表のガドリニウムからツリウムに至る後期ランタノイド単酸化物は気相のみ存在しており，ごく最近ガドリニウム単酸化物の固相をエピタキシャル薄膜として合成することに成功したばかりである。後期ランタノイド単酸化物は，大きな磁化と高いキュリー温度をもつ強磁性体である可能性がある。ガドリニウム単酸化物は室温に近いキュリー温度をもつ強磁性体であるものの，酸化されやすく，他の後期ランタノイド単酸化物が作製できるか不明であった。今回，岩塩構造ホロミウム単酸化物のエピタキシャル薄膜の作製に成功し，高い電気伝導性をもつ狭ギャップ強磁性半導体で，大きな負の磁気抵抗と異常ホール効果が観測された。キュリー温度は約130ケルビンであり，既存のホロミウムモノカルコゲナイドの中で一番高いキュリー温度をもつ硫化物よりも110ケルビン高い。キュリー温度直下では，他のホロミウム二元化合物でも見られるような単調でないスピン配列に由来すると考えられるメタ磁性的なふるまいを示したが，その温度領域は高いキュリー温度を反映して，他のホロミウム化合物よりもはるかに高かった。また，電子ドーパントとなる酸素欠損量の増大とともに，電気伝導性は増す一方でキュリー温度は低下するという，従来の強磁性半導体のキュリー温度の振る舞いとは相反する傾向が見られた。また，チタン酸ストロンチウム単結晶基板に熱アニールを施し，ストロンチウム単酸化物終端の表面を形成して基板からの酸素拡散を防ぐことで，ユーロピウム単酸化物エピタキシャル薄膜の直接成膜に成功し，走査型トンネル顕微鏡によるユーロピウム単酸化物薄膜表面の原子分解能観察を達成した。

大约40年前，早期的镧系元素一氧化物被报道为粉末多晶，但后来元素周期表中从钆到铥的镧系元素一氧化物仅存在于气相中，直到最近我们才成功地将一氧化钆固相合成为外延薄层。电影。后期镧系元素一氧化物可能是具有大磁化强度和高居里温度的铁磁材料。虽然一氧化钆是居里温度接近室温的铁磁材料，但它很容易被氧化，目前还不清楚是否可以生产其他后期的镧系元素一氧化物。此次，我们成功制备了岩盐结构一氧化钬外延薄膜，这是一种具有高导电率的窄带隙铁磁半导体，并观察到大的负磁阻和反常霍尔效应。居里温度约为130开尔文，比硫化物高110开尔文，是现有钬单硫族化物中居里温度最高的。在居里温度以下，观察到变磁行为，这被认为是源自其他二元钬化合物中的非单调自旋排列；然而，该温度区域反映了高居里温度，并且与其他钬化合物类似。远高于化合物。此外，随着作为电子掺杂剂的氧空位数量的增加，电导率增加，而居里温度降低，这一趋势与传统铁磁半导体的居里温度行为相反。此外，通过对钛酸锶单晶衬底进行热退火，形成锶单氧化物封端表面，以防止氧从衬底扩散，我们成功地直接沉积了铕单氧化物外延薄膜，实现了对表面的原子分辨率观察。使用隧道显微镜观察一氧化铕薄膜。