電子相関系酸化物におけるアンダーソン局在の起源解明とその制御による超伝導体の探索

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本年度は前年度までの研究で合成に成功した遷移金属酸化物および希土類金属酸化物を対象に元素置換や構造変化による電子状態および電気伝導性の制御に取り組んだ。層状ペロブスカイト構造を持つSr3V2O7は本研究で初めてエピタキシャル合成に成功し、異方性の高い金属的電気伝導性を示すことを明らかにした化合物である。本年度はSrサイトの一部をLaで置換することで電子ドーピングし、電子キャリア濃度が電気伝導性の異方性に与える影響を評価した。0から1/3までのLa/Sr比で不純物を生じずにLaを導入することに成功し、電子キャリア濃度はLa組成に対して単調に増加した。結晶構造はほとんど変化しなかったにもかかわらず、電子状態の異方性を反映する磁気抵抗の磁場方位依存性は等方的に変化した。すなわち、電子キャリア濃度によって構造変化を伴わずに電子状態の次元性を制御できることが見出された。異常原子価状態を持つ希土類単酸化物は最近、エピタキシャル合成できることが分かった材料群であり、局在性の強い4f電子の性質が遍歴的な5d電子の電気伝導に反映される。これまでにCeOやPrOといった前期希土類金属単酸化物のエピタキシャル合成に成功し、弱い磁性と金属的な電気伝導が見出されている。本年度は後期希土類金属単酸化物であるHoOやTbOのエピタキシャル薄膜を合成し、その物性を評価した。いずれも明瞭な強磁性を示す一方、電気伝導率は前期希土類金属単酸化物に比べて低下した。これらの結果は4f電子数の変化によって磁性だけでなく5d電子に由来する電気伝導性が変化することを示している。