Novel properties of two-dimensional electrons at the unique (111) interface in perovskite oxides

钙钛矿氧化物中独特（111）界面二维电子的新特性

基本信息

批准号：
22K14001
负责人：
村上裕美子
金额：
$ 3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14001/
关键词：
ペロブスカイト酸化物輸送特性界面伝導

项目摘要

本研究では(111)配向性をもつペロブスカイト酸化物薄膜を作成し、疑ハニカム構造をとるヘテロエピタキシャル界面、固-液界面におけるキャリア濃度、スピン軌道相互作用を制御することにより、新奇物性を探索することを目的としている。初期段階として、すでに(001)での知見を多く得ているSrVO3成膜から着手した。初年度、ペロブスカイトのBサイトをd1の電子配置をもつより重い元素に置き換えることによりスピン軌道相互作用の強さを替得ることを目的として、SrMO3(M=V,Nb,Ta)を成膜した。SrVO3(111)の成膜を行った。異なる基板SrTiO3, LSAT, LaAlO3について成膜した。厚膜で同じPLD、基板(SrTiO3)を使った場合とくらべて移動度が1/10程度低い値をえた。格子ミスマッチの小さい基板LSATではSTO上に比べ一桁大きな移動度となった。SrNbO3(111)についてはLSATとSTO上で成膜を行い、輸送特性を測定中である。(001)(111)STO上で成膜したSrNbO3は非常に高い移動度(＞104cm2/Vs)が観測された。成膜中のNbの基板への拡散による効果が疑われたため、SIMS測定を行った。Nbは基板内部へ高温成膜ほど拡散し、SrTiO3:Nb層を形成することが確認された。LSAT上の成膜結果については、(001)面方位上の結果と比較を行っていく。SrTaO3については、(001)(111)LSAT上に基板温度、膜厚を制御して成膜を行った。膜厚低下に伴う金属絶縁体転移を観測した。配向性については(001)は30nm付近で移動度最大値を示した。一方、(111)では、膜厚が上昇するほど移動度が増加するふるまいがみられた。

在这项研究中，我们创建了具有（111）取向的钙钛矿氧化物薄膜，并通过控制具有准蜂窝结构和固液界面的异质外延界面处的载流子浓度和自旋轨道相互作用来探索新的物理性质。到作为第一步，我们从 SrVO3 薄膜的形成开始，我们已经获得了很多关于 (001) 的知识。第一年，我们形成了 SrMO3 (M=V,Nb,Ta) 薄膜，目的是通过用具有 d1 电子构型的较重元素取代钙钛矿的 B 位来改变自旋轨道相互作用的强度。形成SrVO3(111)膜。薄膜沉积在不同的基底上：SrTiO3、LSAT 和 LaAlO3。迁移率比使用相同厚膜 PLD 和衬底 (SrTiO3) 时低约 1/10。在具有小晶格失配的衬底 LSAT 上，迁移率比 STO 高一个数量级。 SrNbO3(111) 薄膜正在 LSAT 和 STO 上沉积，并测量传输特性。观察到沉积在 (001)(111)STO 上的 SrNbO3 具有非常高的迁移率 (>104cm2/Vs)。因为我们怀疑该效应是由于成膜过程中 Nb 扩散到基底中造成的，所以我们进行了 SIMS 测量。已证实，随着膜在较高温度下形成，Nb 扩散到基底中，形成 SrTiO3:Nb 层。 LSAT 上的成膜结果将与（001）面取向上的成膜结果进行比较。对于SrTaO 3 ，通过控制基板温度和膜厚度在(001)(111)LSAT上形成膜。我们观察到随着薄膜厚度的减小，金属-绝缘体转变。关于取向，(001)在30 nm左右表现出最大迁移率。另一方面，对于(111)，观察到迁移率随着膜厚度增加而增加的行为。