理想的な強相関二次元系の作成と乱れによる金属的伝導

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本研究課題は酸化物において低次元性と不規則性がどのような非自明な振る舞いを見せるかを明らかにするものである。本年度は、これまで系統的に研究を進めてきたチタン酸化物に加えて、3d系強相関酸化物の代表とも言えるバナジウム酸化物を素材とし、レーザーアブレーション法を用いて超構造を作製し、その構造と輸送特性を調べた。ペロブスカイト型構造をとるバナジウム酸化物は、La,Sr,CaをAサイト原子としてさまざまな化合物を作ることが知られており、遷移金属の価数制御(フィリング制御)、理想的な立方格子からのずれを利用した3dバンド幅制御を行うことができる。本年度は、特にAサイトにLa、 Srを用いることで、それぞれモット絶縁体と強相関金属を作製し、成長時の基板温度と酸素圧を調整することで、いずれの場合も一層ずつ堆積する理想的な二次元成長が実現することを明らかにした。さらに、両者を組み合わせた超構造を作製し、電子顕微鏡により界面の急峻性を調べた。その結果、界面を一枚しか含まないLaバナジウム酸化物とSrバナジウム酸化物の界面は、どの試料についても界面のぼやけが存在するのに対し、両者の積層構造においては界面が非常に急峻であることが分かった。Laバナジウム酸化物とSrバナジウム酸化物では、電荷の積層のパターンが異なるため、界面においては余分の電荷が存在することになる。この不安定性が、単一界面においては解消されずに、原子の拡散によってのみ緩和されるのに対し、繰り返し積層構造においては、短い周期で存在する各界面において余分の電荷の効果は打ち消しあっているため、エネルギー的に安定である。このような機構から急峻な界面構造が保存すると結論できる。