Multiple phase transitions and optoelectronic properties of new metastable titanate

新型亚稳态钛酸盐的多相变和光电特性

基本信息

批准号：
22H01947
负责人：
吉松公平
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

酸化チタンの１種であるTi3O5は５つの結晶多形を持つ。その中で、λ相Ti3O5は室温かつ永続的な光誘起相転移を示すという、酸化物で唯一の特徴を持つ。他にも圧力や温度、電流印加でλ相Ti3O5は結晶多形間での相転移を発現する。二元系の単純な組成を持ちながら多彩な相転移を示すことから、相転移発現メカニズムの解明が望まれている。しかしλ相Ti3O5は室温準安定相であるため、これまでナノサイズの多結晶体試料しか得られていない。そこで本研究では、基板応力による構造安定化を活用することで薄膜によるλ相Ti3O5の大面積単結晶合成を行った。また、温度と光刺激によるλ相Ti3O5の相転移観測を行った。薄膜合成では、LaAlO3 (110)基板を用い基板温度を1100度とすることで、(100)面直配向したλ相Ti3O5薄膜が得られることを明らかにした。温度刺激による相転移については抵抗率の温度依存性および、放射光X線回折とラマン分光測定による構造相転移の観点から明らかにした。抵抗率の温度依存性からは、相転移を示唆するキンク構造や金属絶縁体転移を観測した。放射光X線回折からは単斜晶角を決定し、ランダウ理論に基づく温度依存性のフィッティングから転移温度が~460 Kと決定した。光刺激については、ナノ秒のNd: YAGレーザを用いた永続的な光誘起相転移とフェムト秒のTi:sapphireレーザを用いたポンププローブ法によるダイナミクスの観測を行った。ナノ秒レーザの照射では、β相からλ相への相転移の発現を顕微ラマン分光測定から明らかにした。フェムト秒レーザによる時間分解計測では、ポンプ光照射から1ピコ秒未満での透過率反射率の変化を見出した。

Ti3O5是一种类型的氧化钛，具有五个晶体多晶型物。其中，λ相TI3O5具有氧化物的唯一特征，氧化物在室温下表现出永久性的光诱导相变。另外，由于压力，温度和电流施用，λ相TI3O5在晶体多晶型物之间表现出相变。它具有简单的二进制系统组成，并表现出各种相变，并且希望阐明相变表达的机理。但是，由于λ相Ti3O5是室温下的亚稳态相，因此仅最新获得了纳米大小的多晶样品。因此，在这项研究中，使用薄膜的λ相TI3O5的大面积单晶体合成是通过利用底物应力引起的结构稳定来进行的。此外，通过温度和光刺激观察到λ相Ti3O5的相变。在薄膜合成中，据揭示了通过使用LAALO3（110）底物并将底物温度设置为1100度，可以获得在（100）平面中定向的λ相TI3O5薄膜。从温度刺激引起的相变，从同步加速器辐射X射线衍射和拉曼光谱的温度依赖性和结构相变的温度依赖性的角度阐明了。电阻率的温度依赖性表明，观察到扭结结构和金属绝缘子的跃迁，表明表明相变。单斜角从同步加速器X射线衍射确定，并根据Landau的理论确定过渡温度为〜460 K。为了进行光刺激，观察到使用nansecond nd：yag激光器和泵探头方法使用飞秒ti：蓝宝石激光器进行了永久光诱导的相变。在纳秒激光照射中，通过微观拉曼光谱揭示了从β相到λ相的相变的表达。在使用飞秒激光器的时间分辨测量中，在不到泵光照射的不到一个皮秒中发现了透射反射率的变化。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Modulation of superconductivity using Li-ion secondary battery technique

利用锂离子二次电池技术调制超导性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Akira Ohtomo;Takuto Soma;Kohei Yoshimatsu;吉松　公平;吉松　公平;Kohei Yoshimatsu;Kohei Yoshimatsu
通讯作者：
Kohei Yoshimatsu

Electronic band structure of Ti2O3 thin films studied by angle-resolved photoemission spectroscopy

角分辨光电子能谱研究 Ti2O3 薄膜的电子能带结构

DOI：
10.1103/physrevb.105.235137
发表时间：
2022
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Hasegawa Naoto;Yoshimatsu Kohei;Shiga Daisuke;Kanda Tatsuhiko;Miyazaki Satoru;Kitamura Miho;Horiba Koji;Kumigashira Hiroshi
通讯作者：
Kumigashira Hiroshi

Evidence of lattice deformation induced metal-insulator transition in Ti2O3

DOI：
10.1103/physrevb.106.l081110
发表时间：
2022-08
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
K. Yoshimatsu;S. Miyazaki;N. Hasegawa;H. Kumigashira
通讯作者：
K. Yoshimatsu;S. Miyazaki;N. Hasegawa;H. Kumigashira

Two-dimensional superconductivity in single-band correlated 2H-type NbO2 layers

单能带相关 2H 型 NbO2 层的二维超导性

DOI：
10.1103/physrevb.105.104504
发表时间：
2022
期刊：
Physical Review B
影响因子：
3.7
作者：
Soma Takuto;Yoshimatsu Kohei;Horiba Koji;Kumigashira Hiroshi;Ohtomo Akira
通讯作者：
Ohtomo Akira

パルスレーザ堆積法によるλ相Ti3O5薄膜の合成薄膜による準安定相図の安定化

脉冲激光沉积法合成λ相Ti3O5薄膜薄膜稳定亚稳态相图

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
レーザ加工学会誌
影响因子：
0
作者：
Dai Tomonori;Kiuchi Hiroki;Minamide Hiroki;Miyake Yuto;Inoki Hiroya;Sonoda Yoriko;Tsutsumi Jun'ya;Kanai Kaname;吉松　公平
通讯作者：
吉松　公平