[１１１]方向の人工格子薄膜による新規物性開拓

[111]方向に成長させたペロブスカイトを積層させてできる人工超格子について検討、今年度は、特に二次元ダイヤモンド格子構造に着目し研究した。理論計算：3層毎のペロブスカイト構造の周期積層は、軌道の重なりからダイヤモンド格子構造が実現する可能性がある。この事から、[LaCrO3]3/[LaAlO3]3, [LaMoO3]3/[LaAlO3]3などの積層構造を考えてバンド計算を行った結果、波数空間のK-H方向に二次元ダイヤモンド格子構造のバンド分散と類似するバンド分散があらわれる事が分かった。これはt2g軌道の重なりが隠れた二次元ダイヤモンド格子を構成するよう配列している事を意味し、3層ペロブスカイトの人工超格子は、K-Hに対応する格子方向では二次元ダイヤモンド格子と同じ振る舞いをする。これを結晶構造の点から解釈すると、Bサイトの積層パターンがいわゆるABCABC積層する事、三回回転対称軸上にt2g軌道がある事から、波数空間ではダイヤモンドや閃亜鉛鉱構造のようなtetragonal結晶構造に対応するとみなせる。これが二次元ダイヤモンド構造のバンド分散をもつ。ダイヤモンドや閃亜鉛鉱のような構造の遷移金属酸化物は困難である。が、[111]方向に人工的にd電子系のペロブスカイトを積層する事により、同様の構造を作れる可能性が浮き彫りとなった。薄膜実験：実験面ではパルスレーザー堆積法を用いてSrCrO3やSrMnO3の合成を試みた。750℃, 2×10-5 Paなど基板温度、酸素分圧、基板の種類を変化させながら合成した結果、パルスレーザー堆積法ではSrCrO3は合成できず、いずれもアモルファス薄膜となり、またSrMnO3はペロブスカイト構造ではなく酸素欠損秩序型のSrMnO2.5+dとなった。薄膜での人工超格子構造の作成にはさらに吟味が必要で、今後分子線エピタキシー法などを導入する。

[111]方向に成長させたペロブスカイトを積層させてできる人工超格子について検討、今年度は、特に二次元ダイヤモンド格子構造に着目し研究した。理論計算：3層毎のペロブスカイト構造の周期積層は、軌道の重なりからダイヤモンド格子構造が実現する可能性がある。この事から、[LaCrO3]3/[LaAlO3]3, [LaMoO3]3/[LaAlO3]3などの積層構造を考えてバンド計算を行った結果、波数空間のK-H方向に二次元ダイヤモンド格子構造のバンド分散と類似するバンド分散があらわれる事が分かった。これはt2g軌道の重なりが隠れた二次元ダイヤモンド格子を構成するよう配列している事を意味し、3層ペロブスカイトの人工超格子は、K-Hに対応する格子方向では二次元ダイヤモンド格子と同じ振る舞いをする。これを結晶構造の点から解釈すると、Bサイトの積層パターンがいわゆるABCABC積層する事、三回回転対称軸上にt2g軌道がある事から、波数空間ではダイヤモンドや閃亜鉛鉱構造のようなtetragonal結晶構造に対応するとみなせる。これが二次元ダイヤモンド構造のバンド分散をもつ。ダイヤモンドや閃亜鉛鉱のような構造の遷移金属酸化物は困難である。が、[111]方向に人工的にd電子系のペロブスカイトを積層する事により、同様の構造を作れる可能性が浮き彫りとなった。薄膜実験：実験面ではパルスレーザー堆積法を用いてSrCrO3やSrMnO3の合成を試みた。750℃, 2×10-5 Paなど基板温度、酸素分圧、基板の種類を変化させながら合成した結果、パルスレーザー堆積法ではSrCrO3は合成できず、いずれもアモルファス薄膜となり、またSrMnO3はペロブスカイト構造ではなく酸素欠損秩序型のSrMnO2.5+dとなった。薄膜での人工超格子構造の作成にはさらに吟味が必要で、今後分子線エピタキシー法などを導入する。