An interfacial charge transfer approach to electron-doping layered nickelates

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2022年度は、パルスレーザーアブレーション成膜装置を用いてペロブスカイト構造を持つLaNiO3薄膜の試料合成を行い、単結晶薄膜を合成する製膜条件を確立した。薄膜試料の構造評価にはX線回折装置、原子間力顕微鏡を用いた。製膜条件探索の過程で、基板温度とパルスレーザーエネルギー密度が、薄膜試料の結晶性と化学組成に大きく影響することがわかった。これらの条件を調整することで、原子レベルで平坦な表面を持つ結晶性の高い試料を得ることができた。また、これらの試料の低温電気輸送特性を測定し、薄膜試料の組成依存性を調査した。X線回折の結果と低温電気輸送特性を比較することで、薄膜試料の化学組成と低温電気輸送特性との関連を調べた。LaNiO3薄膜の最適な化学組成と高い結晶性は、還元処理後に層状構造を得るために非常に重要となる。LaNiO3薄膜試料の製膜条件探索と並行して、無限層構造を持つLaNiO2を合成するためのトポケミカル還元条件の探索を行った。トポケミカル還元は、結晶の構造を維持したままイオンを取り除く還元手法であるが、イオンの移動を伴うため最適な温度におけるアニール処理が必要となる。アニール処理条件を調整することで、高い結晶性を維持したLaNiO2薄膜試料の合成条件を確立した。また、界面電荷移動を誘起する第二層の製膜を行い、合成条件の探索に取り組んだ。Srを化学ドープした(La,Sr)NiO2試料の合成に取り組み、製膜・還元条件を確立した。さらに、これらの試料の低温電気輸送特性を測定した。