[１１１]方向の人工格子薄膜による新規物性開拓

利用人工晶格薄膜在[111]方向开发新的物理特性

• 批准号: 22KJ1819
• 负责人: 山科 直也
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1819/
• 关键词: ペロブスカイト; 人工超格子; ダイヤモンド格子構造; 梯子格子構造

[111]方向に成長させたペロブスカイトを積層させてできる人工超格子について検討、今年度は、特に二次元ダイヤモンド格子構造に着目し研究した。理論計算：3層毎のペロブスカイト構造の周期積層は、軌道の重なりからダイヤモンド格子構造が実現する可能性がある。この事から、[LaCrO3]3/[LaAlO3]3, [LaMoO3]3/[LaAlO3]3などの積層構造を考えてバンド計算を行った結果、波数空間のK-H方向に二次元ダイヤモンド格子構造のバンド分散と類似するバンド分散があらわれる事が分かった。これはt2g軌道の重なりが隠れた二次元ダイヤモンド格子を構成するよう配列している事を意味し、3層ペロブスカイトの人工超格子は、K-Hに対応する格子方向では二次元ダイヤモンド格子と同じ振る舞いをする。これを結晶構造の点から解釈すると、Bサイトの積層パターンがいわゆるABCABC積層する事、三回回転対称軸上にt2g軌道がある事から、波数空間ではダイヤモンドや閃亜鉛鉱構造のようなtetragonal結晶構造に対応するとみなせる。これが二次元ダイヤモンド構造のバンド分散をもつ。ダイヤモンドや閃亜鉛鉱のような構造の遷移金属酸化物は困難である。が、[111]方向に人工的にd電子系のペロブスカイトを積層する事により、同様の構造を作れる可能性が浮き彫りとなった。薄膜実験：実験面ではパルスレーザー堆積法を用いてSrCrO3やSrMnO3の合成を試みた。750℃, 2×10-5 Paなど基板温度、酸素分圧、基板の種類を変化させながら合成した結果、パルスレーザー堆積法ではSrCrO3は合成できず、いずれもアモルファス薄膜となり、またSrMnO3はペロブスカイト構造ではなく酸素欠損秩序型のSrMnO2.5+dとなった。薄膜での人工超格子構造の作成にはさらに吟味が必要で、今後分子線エピタキシー法などを導入する。

[111]我们调查了沿着该方向生长的堆叠谷物制成的人工超级晶格，今年我们尤其关注二维钻石晶格结构。理论计算：三层中每一层的钙钛矿结构的周期性堆叠可能会导致由于轨道重叠而实现的钻石晶格结构。由此，考虑了堆叠结构的考虑，例如[LACRO3] 3/[LAALO3] 3，[LAMOO3] 3/[LAALO3] 3和[LAALO3] 3和[LAALO3] 3，以及与二维钻石lattice结构相似的二维钻石结构的其他带分散剂。这意味着将T2G轨道的重叠布置为形成一个隐藏的二维钻石晶格，并且三层perovskites的人造超晶格的表现与与K-H相对应的晶格方向的二维钻石晶格的行为相同。如果我们从晶体结构的位置解释这一点，我们可以假设B座堆叠模式是所谓的ABCABC堆叠，并且在旋转对称性的轴上有一个T2G轨道，三次，因此，在波数空间中，它对应于钻石和锌蓝色结构等四方晶体。这具有二维钻石结构的带分散。钻石和锌脾脏等结构的过渡金属氧化很困难。但是，通过在[111]方向上人为地堆叠基于D-电子的perovskites，很明显可以创建类似的结构。薄膜实验：在实验方面，我们尝试使用脉冲激光沉积来合成SRCRO3和SRMNO3。由于通过变化的底物温度，氧部分压和底物类型合成的结果，例如750°C，2×10-5 PA，不通过脉冲激光沉积来合成SRCRO3，而不是氧气薄膜，而SRMNO3都不是氧气级别的SRMNO3。需要进一步检查以在薄膜中创建人造超晶格结构，将来会引入分子束外延法和其他方法。