【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】26246022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物表面 / 界面 / 走査プローブ顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / ペロブスカイト / 二次元電子状態 / 超伝導 / 金属酸化物 / 表面 / 酸化物エレクトロニクス / 薄膜 / 酸化物薄膜 / 表面科学 / 表面・界面物性 / 強相関エレクトロニクス / 強相関電子系 / 超薄膜 / 電気伝導 / 二次元電子 / 酸化物 / 表面・界面

【研究成果の概要】

遷移金属酸化物は、通常の半導体には見られない多彩な機能を示すことから、次世代エレクトロニクス材料として活発な研究が展開されている。近年、酸化物作製技術が急速に発展したことにより、原子レベルで急峻な界面を有する薄膜やヘテロ構造の作製が可能になり、新しい物性・機能が見出されている。このような酸化物薄膜やヘテロ構造が示す機能の探求・解明のためには、酸化物薄膜について、電子状態評価を原子レベル空間分解能で行うことが重要である。
そこで、我々は独自の走査トンネル顕微鏡-成膜装置複合システムを構築し、遷移金属酸化物薄膜表面・界面の原子構造と電子状態に関する研究を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】18360018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面 / 薄膜 / ナノ / 磁気伝導 / 磁気抵抗 / 電気伝導 / プローブ / STM / マイクロプローブ

【研究成果の概要】

本研究では独立駆動型のマルチプローブによる表面磁気抵抗測定装置を世界に先駆けて開発した。本システムを用いれば (i)超高真空(10-^11~10^-10Torr)、(ii)強磁場(7T)、(iii)低温(<10K)の実験条件下での磁気抵抗測定が可能であり、また設置されたツイン・プローブステージでは測定対象に応じて、STM 探針、マイクロ4端子プローブ、マルチ配置用マクロプローブを超高真空下で交換できるようになっている。
固体表面上のナノ金属薄膜の表面磁気抵抗測定に成功し、ナノスケールから原子レベルでの磁気輸送研究への新しい実験方法が確立した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】16,600千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】16206005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミュオン / 超低速ミュオン / 薄膜 / ライマンα / μ^+SR / 共鳴イオン化法 / ペロブスカイト / 加速器 / 偏極 / スピン / 低速ミュオン / 物性 / 水素原子 / 表面 / レーザー

【研究成果の概要】

加速器で得られる高速なミュオンを低速化する手法として、我々は少々複雑な過程でミュオンを減速させている。きっかけは、高エネルギーのミュオンをタングステン(W)に打ち込むと、4%もの高い効率で、電子と正のミュオンが結合したミュオニウム原子(Mu)が完全に熱化して、真空中にでてくる事を実験的に発見したことに始まる。その骨子は第1に、真空中での熱エネルギーMu生成から始まり、第2にこの真空中に漂いでてきたMuをレーザー光によって効率良くイオン化し、電子を剥ぎ取り、第3に生成した超低速ミュオンを効率よく引き出すというものである。KEK-MSLで得られる500MeV陽子シンクロトンの陽子ビームと比して、60倍もの陽子ビーム強度を誇る英国ラザフォードアップルトン研究所、理研-RAL研究施設において、ライマンα(Lα)光共鳴法を用いた超低速ミュオン分光装置(u^+SR実験装置)を組み上げ、実際に薄膜研究を行うのが目的である。本科学研究費を交付して頂き、u^+SR実験装置の日本からの移設も完了し、u^+SRの最初のテスト実験を行うことができた。その結果、超低速ミュオンビームが薄膜や、多層膜などのあらたな対象にも十二分に威力を発揮することができる超低速ミュオンビーム用uSR分光装置を作り上げることを達成できた。現在、ペロブスカイト化合物のSrTiO_3(011)基盤上で成長させたNd_0.5Sr_0.5MnO_3で最近発見されたAnti-Phase Antiferroorbital Orderingのu^+SR研究にとりかかっているところである。既に、超低速ミュオンを用いたゼロ磁場uSR実験での結果では、室温で1〜0.05usec^-1程度の長い緩和が観測された。しかしながら220Kでは、ミュオンの偏極はほぼ完全に失われた。これはV. V. Krishnamurthyらによるバルク体のZF測定と合致し、パラマグネッチックな絶縁相から強磁性への転移が超低速ミュオンを使った薄膜の実験でデモンストレートされたといってよいであろう。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】07559003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

励起原子 / 酸素 / 酸化物高温超伝導体 / 薄膜 / 表面 / 超高真空 / 反射高速電子回折 / 全反射X線分光 / 反射高速電子回析 / 全反射角X線分光

【研究成果の概要】

平成8年度は、前年度に作製した励起原子ビーム源を更に改良し、真空槽内にメカニカルチョッパーを設置し、励起原子ビームをパルス化した。こうして作製したパルスビームの約50cm下流に光電子増倍管(セラトロン)を設置し、この信号をメカニカルチョッパーのゲート信号をトリガーとして積算することにより、作製した励起酸素原子ビームの飛行時間(TOF)スペクトルが求められるようになった。その結果、ヘリウム準安定励起原子では3000m/s付近を極大とする分布が得られるのに対し、励起酸素原子ビームは2000及び500m/s付近を極大とする分布を持つ事がわかった。さらにこの励起酸素原子ビームのTOFスペクトルにおいていくつかの内部構造ピークが観測された。このことは、励起酸素原子のエネルギー状態によって異なる速度分布を持つ可能性があることを示唆しており、作製した励起酸素原子ビームの飛行時間選別を行うだけで励起酸素原子のエネルギー状態を選別出来る可能性が出てきた。これについてはレーザー等を用いた更に詳細な実験による検証を検討中である。
また本年度は、作製した励起原子ビーム源を差動排気チャンバーを介して、超伝導薄膜を作製するための超高真空チャンバーへの接続も試みた。その結果、励起酸素原子ビームを流している状態で超高真空チャンバーの真空度を保つためにはイオンポンプだけによる排気では困難であることがわかった。そこで新しくターボ分子ポンプを購入し、超伝導薄膜作製用超高真空チャンバーへの接続を行った。
更に、本研究で作製したビーム源において、酸素ガスの代わりに窒素や二酸化炭素等のガスを用いる事により、励起窒素原子や上記の励起酸素原子とエネルギー状態の異なるビームが作製出来る事もわかり、生成条件を追求している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】6,500千円 (直接経費: 6,500千円)