強相関マンガン酸化物における電子相転移の原子スケール学理の構築

强相关锰氧化物中电子相变的原子尺度理论构建

基本信息

批准号：
12J09797
负责人：
清水亮太
金额：
$ 2.32万
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：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，走査トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)によって確認された強磁性金属La0.75Ca0.25MnO3/SrTiO3(100)薄膜における表面絶縁化について，理論計算によりその金属-絶縁体転移の機構を解明し，表面・界面において良好な強磁性金属状態を実現するための指針を検討した．まず，Caをドープしない母物質のモット絶縁体LaMnO3について検討し，STO基板によるストレインのかかったtetragonal相を初期値として構造最安定化を行った．すると，初期値のtetragonal相がエネルギー極小値をとるため，面内の異方性を反映したzigzag構造をとり得ず，金属的な表面状態が確認され，STM像及びトンネルスペクトルともに再現しなかった．そこで，表面のzigzag構造がバルクのorthorhombic構造に由来すると考え，バルク体の構造データを初期値として表面最安定化を行った．すると，バルクを反映して面内で異方的な構造をとり，STMシミュレーションにおいても当該zigzagを再現した．これをもとに，Caのドーピングについて考察した．置換サイトを変えて全エネルギーの深さ依存性を計算した結果，Caは表面近傍よりも深い位置で置換されやすいことがわかった．これはイオン半径の差によるMnOx正八面体の傾斜に起因する．またCa置換による大きな正八面体傾斜はSTM像のzigzag構造を消失させた．すなわち，エネルギー的にCaが表面近傍を好まない点はSTMの現象論からも支持される．このように表面・界面では，薄膜内部で想定される構造や組成比とは必ずしも一致せず，より精緻なデバイス設計が求められる．

今年，我们通过扫描隧道显微镜/光谱学（STM/STS）证实的铁磁金属 La0.75Ca0.25MnO3/SrTiO3 (100) 薄膜的表面绝缘理论计算研究了金属-绝缘体转变的机制。用于在表面和界面上实现良好的铁磁金属状态。首先，我们研究了莫特绝缘体 LaMnO3，它是一种未掺杂 Ca 的基材，并使用 STO 基材应变的四方相作为初始值获得了最稳定的结构。结果，由于四方相的初始值取最小能量值，因此无法获得反映面内各向异性的锯齿状结构，确认了金属表面状态，并且没有再现STM图像和隧道光谱。．因此，我们假设表面上的锯齿状结构源自块体的斜方结构，并使用块体结构数据作为初始值进行最稳定的表面稳定。然后，在反映体积的平面中形成各向异性结构，并且在STM模拟中也再现了之字形。基于此，我们考虑了Ca掺杂。通过改变置换位点来计算总能量的深度依赖性，结果发现Ca在深层位置比在表面附近更容易被置换。这是由于离子半径的差异导致 MnOx 八面体倾斜。此外，Ca取代引起的大八面体倾斜使STM图像中的锯齿状结构消失。换句话说，Ca在能量上不偏好表面附近这一事实也得到了STM现象学的支持。这样，表面/界面的结构和成分比例不一定与预期的薄膜内部结构相匹配，需要更精确的器件设计。

项目成果

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专利数量（0）

走査トンネル顕微鏡を用いた酸化物薄膜成長のその場観察

使用扫描隧道显微镜原位观察氧化物薄膜生长

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
一杉太郎; 清水亮太; 大澤健男; 岩谷克也
通讯作者：
岩谷克也

Nd_r_MnO_3薄膜のSTM観察における成長時の酸素分圧依存性

Nd_<0.6S>r_<0.4>MnO_3薄膜生长过程中STM观察的氧分压依赖性

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryota Shimizu; et al.
通讯作者：
et al.

Visualizing Atomistic Formation Process of SrO_x Thin Films on SrTiO_3

SrTiO_3 上 SrO_x 薄膜的原子形成过程可视化

DOI：
10.1021/nn405359u
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
17.1
作者：
T. Ohsawa; R. Shimizu; et al.
通讯作者：
et al.

Effect of oxygen deficiency on SrTiO_3(001) surface reconstructions

缺氧对SrTiO_3(001)表面重构的影响

DOI：
10.1063/1.4730409
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
4
作者：
Ryota Shimizu; et al.
通讯作者：
et al.

Imaging the evolution of d-states at a strontium titanate surface

钛酸锶表面 d 态演化成像

DOI：
10.1021/ja509231w
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
15
作者：
I. Hamada; R. Shimizu; T. Ohsawa; K. Iwaya; T. Hashizume; M. Tsukada; K. Akagi; T. Hitosugi
通讯作者：
T. Hitosugi