Development of metal halide X-nics in high-quality single-crystalline thin films and interfaces

高质量单晶薄膜和界面金属卤化物X-nics的开发

• 批准号: 22H04958
• 负责人: 川崎 雅司
• 金额: $ 126.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-27 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22H04958/
• 关键词: ハライド; 分子線エピタキシー; 薄膜界面物性

本研究の目的は、多彩な機能を持つハライドの薄膜やヘテロ界面で発現する新しい物性と機能を開拓することである。薄膜を用いた精密な物性測定や理想的なヘテロ界面を実現するためには高品質な単結晶薄膜がまず必要となるが、ハライドでは薄膜成長技術が未熟であり、単結晶薄膜の作製報告はこれまで皆無であった。そこで、研究初年度である今年度は、ハライドのエピタキシャル薄膜成長技術の確立に向けて、MBE法によるp型ワイドギャップ半導体のヨウ化銅(CuI)と層状半導体のヨウ化鉛(PbI2)の薄膜成長に取り組んだ。CuIに関しては、格子整合の良いInAsを基板に用いることで、配向を(001), (110), (111)の3方向に制御した単結晶薄膜を作製することに成功した。また、吸収端近傍に現れる鋭い励起子共鳴を利用して、基板からのエピタキシャル歪みによって価電子帯上端のバンドが分裂することを高精度で検出し、歪みとバンド構造変化を関係づける変形ポテンシャルを精密に決定した(Phys. Rev. B 106, 125307 (2022))。PbI2においても、原子層レベルで表面平坦な単結晶薄膜の作製プロセスを確立した。この条件で膜厚を3から50原子層の間で系統的に変化させた薄膜を作製し、量子井戸層幅が励起子ボーア直径と同程度となる領域において、励起子の強い閉じ込め状態から弱い閉じ込め状態へのクロスオーバーが起こることを、層状半導体において初めて実験的に検出することに成功した(Appl. Phys. Lett. 122, 073101 (2023))。なお、ハライドを基軸としつつ様々な物性を有する異種材料との接合作製による機能創成も研究のスコープに含めており、ヒ化物、カルコゲン化物、酸化物などトポロジカル物性を示す薄膜作製と電子輸送現象の研究を並行して行い、多数の成果を得た。

The purpose of this study is to develop new physical properties and functions of thin films with multi-color functions. Thin film applications include precise physical properties measurement, ideal interface detection, high quality single crystalline thin film preparation, and immature thin film growth technology. In the first year of this study, the development direction of thin film growth technology for p-type semiconductor and copper (CuI) and lead (PbI2) thin film growth for layered semiconductor was established. CuI-related, lattice integration of good InAs substrate for use, alignment,(001), (110),(111) and three directions to control the single crystal thin film production success The sharp excitation resonance near the absorption end is used to accurately determine the shape of the substrate, the structure and the relationship between the substrate and the electron band (Phys. Rev. B 106, 125307 (2022)). PbI2 thin films with flat surfaces and atomic layers are well established. These conditions include film thickness of 3 ~ 50 atomic layers, thickness of thin film, quantum well thickness, excitation diameter, field size, excitation strength, state, state, layered semiconductor thickness, initial state, and detection of thin film thickness.(Appl. Phys. Lett. 122, 073101 (2023))。The research on the properties of dissimilar materials and their bonding systems, functional innovation, and thin film fabrication and electron transport phenomena has been carried out in parallel and most of the results have been obtained.

项目成果

A Noble‐Metal‐Free Spintronic System with Proximity‐Enhanced Ferromagnetic Topological Surface State of FeSi above Room Temperature

室温以上 FeSi 具有邻近增强铁磁拓扑表面态的无贵金属自旋电子系统

• DOI: 10.1002/adma.202206801
• 发表时间: 2022
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: Hori Tomohiro;Kanazawa Naoya;Hirayama Motoaki;Fujiwara Kohei;Tsukazaki Atsushi;Ichikawa Masakazu;Kawasaki Masashi;Tokura Yoshinori
• 通讯作者: Tokura Yoshinori

Fabrication and magnetotransport properties of LnRuO3 (Ln = La, Nd) single crystalline thin films

LnRuO3 (Ln = La, Nd) 单晶薄膜的制备及其磁输运性能

• 发表时间: 2022
• 作者: L. Zhang;T. C. Fujita;M. Kawasaki
• 通讯作者: M. Kawasaki

Electrical gate tuning of anomalous Hall effect in CaIrO3/CaMnO3 heterointerface

CaIrO3/CaMnO3 异质界面中反常霍尔效应的电门调节

• 发表时间: 2022
• 作者: T. C. Fujita; R. Nishino; M. Kawasaki
• 通讯作者: M. Kawasaki

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Trends in bandgap of epitaxial A2B2O7 (A = Sn, Pb; B = Nb, Ta) films fabricated by pulsed laser deposition

• DOI: 10.1063/5.0089731
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: APL Materials
• 影响因子: 6.1
• 作者: T. Fujita;H. Ito;M. Kawasaki