軟Ｘ線分光による時間・空間分解した遷移金属酸化物薄膜の磁性

使用软 X 射线光谱在时间和空间上解析过渡金属氧化物薄膜的磁性

• 批准号: 17F17327
• 负责人: 和達 大樹
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Hyogo (2019)The University of Tokyo (2017-2018)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-11-10 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17327/
• 关键词: 空間時間分解; シンクロトロンX線; ペロブスカイト酸化物; 薄膜; X線磁気円二色性; シンクロトロン; 電圧印加; 酸化物; ペロブスカイト; 抵抗変化; Beyond CMOS

本研究の目的は、放射光Ｘ線による遷移金属酸化物薄膜の研究、特にその空間と時間を分解した測定の実現である。空間分解測定では薄膜の界面の電子状態の観測、時間分解測定では薄膜の表面界面の電子の軌道やスピン状態のレーザーによる制御を行う。そして、ナノメートルとフェムト秒のスケールで新しい物性を見つけることを目指す。今年度具体的に得られた結果は下記のものである。ペロブスカイト酸化物をBeyond CMOS材料の一つとして利用するために、SrRhO3薄膜/SrTiO3基板の特性に注目した。ペロブスカイト型のSrRhO3は、電子相関がほどほどに強い金属としてふるまう。このSrRhO3薄膜を硬X線光電子法で研究した。フェルミレベルで非常に小さい状態密度が見られた。これは、報告されている電気伝導性の挙動と一致している。電子状態計算によると、薄膜はバルクより強い相関効果を示すが、相関効果は小さな状態密度を説明するほど十分ではないという新たな問題も明らかになった。また、小さな状態密度が約100Kでの反強磁性転移では変化しないことも未解明である。この結果は、電圧印加によって入るキャリア数や格子変形の観測につながるものである。これまで研究した(La1-xSrx)VO3/Si界面、SrIrO3/LaMnO3接合と同様にSrRhO3薄膜/SrTiO3基板では、電圧印加によって入るキャリア数や格子変形が大きいと期待できる。特に電圧パルスを用いることで、電圧印加による金属化と格子変形のダイナミクスを時間分解で観測する展望が開けた。

本研究的目的是利用同步辐射X射线研究过渡金属氧化物薄膜，特别是实现空间和时间分辨测量。在空间分辨测量中，我们观察薄膜界面处的电子状态，而在时间分辨测量中，我们使用激光来控制薄膜表面和界面处电子的轨迹和自旋状态。目的是发现纳米和飞秒尺度上的新物理特性。今年取得的具体成果如下。为了利用钙钛矿氧化物作为Beyond CMOS材料之一，我们重点研究了SrRhO3薄膜/SrTiO3衬底的特性。钙钛矿型 SrRhO3 是一种具有中等强电子相关性的金属。使用硬X射线光电子方法研究了这种SrRhO3薄膜。在费米能级观察到非常小的态密度。这与报道的电导率行为一致。电子态计算表明，薄膜表现出比块体材料更强的相关效应，但也揭示了一个新问题：相关效应不足以解释态密度小。同样未知的是，小态密度在 100K 左右的反铁磁转变时不会发生变化。该结果导致观察到由于施加电压而进入的载流子数量和晶格变形。与迄今为止研究的(La1-xSrx)VO3/Si界面和SrIrO3/LaMnO3结类似，SrRhO3薄膜/SrTiO3衬底预计由于电压施加而有大量载流子进入和晶格变形。特别是，电压脉冲的使用开辟了对由于施加电压而导致的金属化和晶格变形的动力学进行时间分辨观察的前景。

项目成果

Investigation of Ir magnetism in LaMnO3/SrIrO3 superlattices by hard X-ray magnetic circular dichroism

用硬 X 射线磁圆二色性研究 LaMnO3/SrIrO3 超晶格中的 Ir 磁性

• 发表时间: 2019
• 作者: Zhang Yujun;Kim Minjae;Mravlje Jernej;Sohn Changhee;Choi Yongseong;Strempfer Joerg;Hotta Yasushi;Yasui Akira;Nichols John;Lee Ho Nyung;Wadati Hiroki;和達大樹;和達大樹;Yujun Zhang;和達大樹;Yujun Zhang;Yujun Zhang
• 通讯作者: Yujun Zhang

GdBaCo2O5.5薄膜で観測された光誘起強磁性

GdBaCo2O5.5 薄膜中观察到的光致铁磁性

• 发表时间: 2020
• 作者: 鈴木剛;久保田雄也;三石夏樹;赤塚俊輔;古賀淳平;坂野昌人;増渕覚;田中良和;大隅寛幸;玉作賢治;矢橋牧名;高橋英史;石渡晋太郎;町田友樹;松田巌;石坂香子;岡﨑浩三;山本航平;Yuta Seo,Yuki Tsuji,Kei Kinoshita,Momoko Onodera,Satoru Masubuchi,Rai Moriya,Yijin Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Tomoki Machida;安部弘隆;山本航平;Masato Sakano,Satoru Masubuchi,Yuma Tanaka,Shota Okazaki,Takuya Nomoto,Atsushi Oshima,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Ryotaro Arita,Takao Sasagawa,Tomoki Machida,Kyoko Ishizaka;Shunsuke Akatsuka,Masato Sakano,Takato Yamamoto,Takuya Nomoto,Ryotaro Arita,Ryoga Murata,Takao Sasagawa,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Miho Kitamura,Koji Horiba,Katsuaki Sugawara,Seigo Souma,Takafumi Sato,Hiroshi Kumigashira,Keisuke Shinokita,Kazunari M;和達大樹
• 通讯作者: 和達大樹

Photoemission and dynamical mean field theory study of electronic correlations in a t2g5 metal SrRhO3 thin film

• DOI: 10.1103/physrevb.101.085134
• 发表时间: 2019-07
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Yujun Zhang;Minjae Kim;J. Mravlje;C. Sohn;Yongseong Choi;J. Strempfer;Y. Hotta;A. Yasui;J. Nichols;Ho Nyung Lee;H. Wadati

GdBaCo2O5.5 薄膜で観測された光誘起強磁性-反強磁性転移

在 GdBaCo2O5.5 薄膜中观察到光致铁磁-反铁磁转变

• 发表时间: 2019
• 作者: Zhang Yujun;Kim Minjae;Mravlje Jernej;Sohn Changhee;Choi Yongseong;Strempfer Joerg;Hotta Yasushi;Yasui Akira;Nichols John;Lee Ho Nyung;Wadati Hiroki;和達大樹;和達大樹;Yujun Zhang;和達大樹
• 通讯作者: 和達大樹

Investigation of Ferroelectric Photovoltaic Effect in BiFeO3/(La,Sr)MnO3 Heterostructures by Time-resolved X-ray Magnetic Circular Dichroism

利用时间分辨X射线磁圆二色性研究BiFeO3/(La,Sr)MnO3异质结构中的铁电光伏效应

• 发表时间: 2019
• 作者: Zhang Yujun;Kim Minjae;Mravlje Jernej;Sohn Changhee;Choi Yongseong;Strempfer Joerg;Hotta Yasushi;Yasui Akira;Nichols John;Lee Ho Nyung;Wadati Hiroki;和達大樹;和達大樹;Yujun Zhang
• 通讯作者: Yujun Zhang