単結晶薄膜を用いた光電子分光による遷移金属酸化物の研究

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強相関電子系、特にペロブスカイト型遷移金属酸化物は、金属絶縁体転移やスピン・電荷・軌道秩序や高温超伝導などの魅力的な振る舞いを示すので様々な研究が行われてきた。しかしながら、3次元構造を持つペロブスカイト型遷移金属酸化物は、壁開面が存在しないため、表面の決定が困難であり、バンド構造を実験的に観測するのは不可能だと思われてきた。一方、近年pulsed laser deposition法(PLD法)を用いた酸化物単結晶薄膜の作製が成功を収めてきた。この手法を用いることにより、原子的に平坦な、よく定義された表面が得られるため、この問題は解決されることが期待できる。そこで、今回我々はPLD法でよく定義された表面をもつペロブスカイト型酸化物薄膜(SrVO_3, SrRuO_3)を作製し、角度分解光電子分光を行った。SrVO_3薄膜の角度分解光電子分光からは、V 3dバンドに明瞭な分散が観測され、理論計算と比較することにより有効質量の値を求めることができた。また、非コヒーレント成分においても、弱いながらも分散があることを見出した。SrRuO_3薄膜の軟X線を用いたバルク敏感な角度分解光電子分光からは、2つのRu 4dバンドがフェルミ準位を横切っていることを直接観測することができた。これらの結果から、PLD法を用いた手法によって、3次元構造をもつ物質においてもバンド構造を決定することが可能となることを示せた。