希土類単酸化物におけるトポロジカル磁気状態の制御

点击翻译按钮获取中文摘要

前期ランタノイド単酸化物は，約40年前に粉末多結晶として報告されていたが，周期表のガドリニウムからツリウムに至る後期ランタノイド単酸化物は気相のみ存在しており，ごく最近ガドリニウム単酸化物の固相をエピタキシャル薄膜として合成することに成功したばかりである。後期ランタノイド単酸化物は，大きな磁化と高いキュリー温度をもつ強磁性体である可能性がある。ガドリニウム単酸化物は室温に近いキュリー温度をもつ強磁性体であるものの，酸化されやすく，他の後期ランタノイド単酸化物が作製できるか不明であった。今回，岩塩構造ホロミウム単酸化物のエピタキシャル薄膜の作製に成功し，高い電気伝導性をもつ狭ギャップ強磁性半導体で，大きな負の磁気抵抗と異常ホール効果が観測された。キュリー温度は約130ケルビンであり，既存のホロミウムモノカルコゲナイドの中で一番高いキュリー温度をもつ硫化物よりも110ケルビン高い。キュリー温度直下では，他のホロミウム二元化合物でも見られるような単調でないスピン配列に由来すると考えられるメタ磁性的なふるまいを示したが，その温度領域は高いキュリー温度を反映して，他のホロミウム化合物よりもはるかに高かった。また，電子ドーパントとなる酸素欠損量の増大とともに，電気伝導性は増す一方でキュリー温度は低下するという，従来の強磁性半導体のキュリー温度の振る舞いとは相反する傾向が見られた。また，チタン酸ストロンチウム単結晶基板に熱アニールを施し，ストロンチウム単酸化物終端の表面を形成して基板からの酸素拡散を防ぐことで，ユーロピウム単酸化物エピタキシャル薄膜の直接成膜に成功し，走査型トンネル顕微鏡によるユーロピウム単酸化物薄膜表面の原子分解能観察を達成した。