Elucidation of Collective Electronic Phase Transition Induced at Device Interfaces Based on Correlated Oxides

基于相关氧化物的器件界面处诱导的集体电子相变的阐明

基本信息

批准号：
21K20498
负责人：
志賀大亮
金额：
$ 2万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-08-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、局所的なキャリア濃度変調を施したVO2多層ヘテロ構造の接合界面に誘起される特異なモット転移に伴う電子構造変化を放射光電子分光により直接決定し、素子動作の物理的機構を解明することを目的とする。本質的な情報を得るために、全実験行程を超高真空下で実施可能な「その場放射光電子分光+レーザー分子線エピタキシ」複合装置を用いる。その一環として、僅かにV4＋→Cr3+化学置換によりホールドープを施したCr:VO2に着目した。Cr:VO2はM1 相とは異なるV-V二量化を示す絶縁体相が発現することが知られている。当該年度では、C:VO2/TiO2 (001)エピタキシャル薄膜の複雑な電子相図の起源を明らかし、二層構造の設計指針を得る目的で、その場放射光電子分光による電子状態観測を行った。具体的に、電子状態の変化を軟X線光電子分光により、V4+-V4+二量体形成の変化をX線吸収分光により調べた。その結果、Cr:VO2においては、Cr3+置換により集団的V-V 二量化が抑制されていることが示唆された。それにもかかわらず、低温の絶縁体相においては、フェルミ準位上のエネルギーギャップは本質的に変化していないことが分かった。これらの結果から、Cr:VO2の電子相転移はV-V 二量化に支援されたモット転移であると結論づけた。一方、温度依存相転移を示さないCr:12at%では、フェルミ準位上にモットギャップが観測された。以上の結果から、Cr:=>12at%のC:VO2においては、モット不安定性がパイエルス不安定性に打ち勝つことでV-V 二量化を伴わないモット絶縁体相が安定化すると結論付けた。今後はこれらの知見に基づき、VO2/Cr:VO2二層構造を作成することで、通常のR/M1ヘテロ構造とは異なる電子相界面の調製を目指す。この界面に電子・構造相転移を誘起し、その時の電子状態変化を放射光電子分光を用いて調べることで、VO2チャネル界面の挙動を明らかにしていく。

在这项研究中，我们利用同步辐射光谱法直接测定了与局部载流子浓度调制的VO2多层异质结构的结界面处引起的独特莫特跃迁相关的电子结构变化，并阐明了器件工作的物理机制。为了获得必要的信息，我们将使用“原位光电子能谱+激光分子束外延”组合装置，该装置可以在超高真空下执行所有实验步骤。作为这项工作的一部分，我们重点关注 Cr:VO2，它通过轻微的 V4+→Cr3+ 化学取代进行空穴掺杂。已知Cr:VO2呈现V-V二聚化的绝缘体相，这与M1相不同。本财年，我们利用原位光电子能谱观察了电子态，阐明了C:VO2/TiO2(001)外延薄膜复杂电子相图的起源，并获得了两层结构的设计指南。具体而言，使用软X射线光电子能谱研究电子状态的变化，并使用X射线吸收光谱研究V4+-V4+二聚体形成的变化。结果表明，在 Cr:VO2 中，Cr3+ 取代可抑制集体 V-V 二聚化。尽管如此，我们发现在低温绝缘体相中费米能级以上的能隙基本保持不变。根据这些结果，我们得出结论，Cr:VO2 的电子相变是 V-V 二聚辅助的莫特相变。另一方面，在不表现出与温度相关的相变的Cr:12at%中，在费米能级之上观察到莫特能隙。从以上结果，我们得出结论，在 Cr:=>12 at% 的 C:VO2 中，Mott 不稳定性克服了 Peierls 不稳定性，并且没有 V-V 二聚化的 Mott 绝缘体相得以稳定。未来，基于这些发现，我们的目标是通过创建 VO2/Cr:VO2 双层结构来创建不同于通常的 R/M1 异质结构的电子相界面。我们将通过在该界面诱导电子/结构相变并使用同步辐射光谱研究由此产生的电子状态变化来阐明 VO2 通道界面的行为。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Paris-Saclay University(フランス)

巴黎萨克雷大学（法国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

放射光電子分光によるCrxV1－xO2エピタキシャル薄膜の電子状態

同步辐射光谱法研究 CrxV1-xO2 外延薄膜的电子态

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
仲矢彩花;簑島航平;荒木脩斗;笹岡陸人;松川祐子;有田誠;宗藤伸治;放射光電子分光によるCrxV1－xO2エピタキシャル薄膜の電子状態
通讯作者：
放射光電子分光によるCrxV1－xO2エピタキシャル薄膜の電子状態

Room-Temperature Preparation of Ta Ions-Containing Ionic Liquid and its Vapor Deposition toward Ta-Oxide Film Coating

DOI：
10.1149/1945-7111/ac48c5
发表时间：
2022-01-01
期刊：
JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY
影响因子：
3.9
作者：
Hozuki, Nana;Kaminaga, Kenichi;Matsumoto, Yuji
通讯作者：
Matsumoto, Yuji

VO2極薄膜における電子・結晶構造の膜厚依存性: 協調的モット-パイエルス転移の抑制

超薄 VO2 薄膜中电子和晶体结构的厚度依赖性：协同 Mott-Peierls 跃迁的抑制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
志賀大亮，楊以理，長谷川直人，神田龍彦，德永凌祐，吉松公平，湯川龍，北村未歩，堀場弘司，組頭広志
通讯作者：
志賀大亮，楊以理，長谷川直人，神田龍彦，德永凌祐，吉松公平，湯川龍，北村未歩，堀場弘司，組頭広志

Thickness Dependence of Electronic and Crystal Structures in VO2 Ultrathin Films

VO2 超薄膜中电子和晶体结构的厚度依赖性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Daisuke Shiga;Billy Eric Yang;Naoto Hasegawa;Tatsuhiko Kanda;Ryosuke Tokunaga;Kohei Yoshimatsu;Ryu Yukawa;Miho Kitamura;Koji Horiba;Hiroshi Kumigashira
通讯作者：
Hiroshi Kumigashira