Realization and Control of Novel Quantum Spin Liquid in Epitaxial Thin Films

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2019年度までは、主に相関ディラック線ノード半金属SrIrO3とCaIrO3について、ディラック線ノードへの電子相関効果を調査することを目的に研究を行った。電子相関の効果については、元素置換によって引き起こされる非磁性半金属‐磁性絶縁体転移をSrIrO3とCaIrO3で比較することによって、両者が電子相関効果の違いに起因して異なる機構の半金属‐絶縁体転移を示すことを明らかにした。一方、ディラックノードの特性を電気伝導によって測定するため、キャリア濃度の大きな高品質試料の実現に、バルク・薄膜両方で取り組んだものの、試料合成上の課題から達成できなかった。そこで、2020年度は、SrIrO3とCaIrO3以外の新しいペロブスカイト型イリジウム酸化物実現の可能性を模索し、広範な物質群で電子特性を比較することを目指した。新しいペロブスカイト型イリジウム酸化物を実現できれば、既存のSrIrO3、CaIrO3と比較することで、結晶構造や電子相関とディラック半金属状態の関係についてより深い知見が得られる。具体的には、MgIrO3、ZnIrO3、CdIrO3などの候補物質について、文献調査や数値計算を利用し、実現可能性や最適な基板選択について評価したうえで、パルスレーザー堆積法によって実際に製膜を行った。しかし、当該年度に研究を行った範囲では、目的物質群でペロブスカイト型構造を実現することはできなかった。より探索物質を広げるとともに、異なる製膜方法やバルク試料合成を試行することが今後の課題である。