Enhancement of carrier mobility and development of superconducting properties in heavy pnictogen square net insulators

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今年度は、多層膜固相エピタキシー法を用い、異なる単結晶基板上に、La2O2Sbエピタキシャル薄膜の合成を試みた。単結晶基板としてはMgO (格子ミスマッチ: -3.6%)、SrF2 (-0.73%)、MgAl2O4 (0.63%)、GdScO3 (2.6%)、DyScO3 (3.1%)、NdGaO3 (5.5%)、LaAlO3 (6.4%)を用いた。結果としては、MgO(001)基板のみで単相かつ高結晶性のLa2O2Sb(001)エピタキシャル薄膜が得られたが、それ以外の基板では、La2O3やLaOFなどの不純物相の形成により、La2O2Sb(001)エピタキシャル薄膜を単相で得ることはできなかった。これらの結果から、多層膜固相エピタキシー法では、良好な格子ミスマッチだけではなく、前駆体多層膜との反応し難さという観点での基板の選定が重要であることがわかった。さらに、上記のLa2O2Sbエピタキシャル薄膜の合成条件の最適化の過程で、1000℃近くの高温条件において、MgAl2O4(001)基板上に岩塩構造のLaSb(001)エピタキシャル薄膜の合成を見出した。高温条件に由来して高い結晶性が実現し、LaSb(001)エピタキシャル薄膜における室温の電気抵抗率は、単結晶バルク試料と同程度となった。LaSbなどの希土類モノニクタイドの薄膜合成では、ニクトゲンの蒸発のしやすさから、分子線エピタキシー法などによる直接成膜では、400℃程度が上限であり、蒸気圧の高い元素を含む物質の薄膜合成における多層膜固相エピタキシー法の有用性を示すことができた。また、La2O2SbなどのRE2O2Pn (RE = 希土類元素; Pn = Sb, Bi)に関するこれまでの研究成果などをまとめたレビュー論文をiScience誌に出版した。