ローンペア酸化物における電子局在性制御による材料設計指針の構築

通过控制孤对氧化物中的电子局域化来构建材料设计指南

基本信息

批准号：
12J02558
负责人：
林博之
金额：
$ 2.32万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2価Snを有する酸化物において，ローンペア電子と呼ばれる孤立電子対は試料の電子構造と結晶構造の両面において重要な役割を担っている．本研究では，ローンペア電子を有する酸化スズ(SnO)について，電子物性測定やX線光電子分光法等の実験手法と，第一原理計算の双方からアプローチすることで，ローンペア電子と物性の相関に関して評価を行うことを目的としている．平成26年度には，パルスレーザー堆積法により作製したヘテロ界面試料の断面透過電子顕微鏡(TEM)観察を行った．SnOとY添加ZrO2(YSZ)単結晶基板とのヘテロ界面において断面TEM観察を行い，界面構造を詳しく調べた結果，SnOとYSZの結晶は第二相や不純物などのない急峻な界面を有していることがわかった．また，X線光電子分光測定により価電子帯上端や内殻の電子状態の測定を行った．X線電子分光の結果と第一原理計算の結果を合わせて考慮すると，ローンペア電子は価電子帯上端に状態密度を有し，正孔の伝導に寄与していることが示唆された．また，試料の作製条件とフェルミ準位の関係を評価した結果，成膜時の酸素分圧によってフェルミ準位がシフトし，試料の電気伝導性をp型からn型まで制御可能であることを明らかにした．n型試料における電子移動度は，p型試料における正孔移動度と同程度かそれよりも高く，伝導帯下端が比較的広がったSnの軌道により構成されていることと矛盾しない．また，n型試料における電子の活性化エネルギーはp型試料において求めた正孔の活性化エネルギーよりも高く，第一原理計算による欠陥形成エネルギーの結果と同様の傾向がみられた．

在具有二价SN的氧化物中，称为孤对电子的孤对在样品的电子结构和晶体结构中都起着重要作用。这项研究旨在通过接近诸如电子物理性能测量和X射线光电子光谱谱和第一原则计算的实验方法，以评估孤独的配对电子与唯一配对电子的锡（SNO）之间的相关性。 2014年，对通过脉冲激光沉积制备的杂界样品进行了横截面透射电子显微镜（TEM）观测值。我们在SNO和Y型ZRO2（YSZ）单晶基板之间的异质面上进行了TEM横截面观测，并详细检查了界面结构，发现SNO和YSZ的晶体具有陡峭的界面，该界面不含第二相或杂物。此外，通过X射线光电子光谱法测量了价带和内壳的上边缘的电子状态。结合了X射线电子光谱和第一原理计算的结果，建议孤对电子在价带的顶部边缘具有一个状态密度，从而导致孔的传导。此外，评估了样品的制备条件与费米水平之间的关系，并发现费米水平由于膜形成过程中氧的部分压力而变化，从而使样品从P型控制到N型。 N型样品中的电子迁移率大约或高于P型样品中的孔迁移率，并且与它由传导带的下端相对较宽的SN轨道组成的事实一致。此外，N型样品中电子的活化能高于P型样品中孔的活化能，并且观察到相同的趋势，与第一原理计算获得的缺陷形成能的结果相同。