理研と東大など、新しい物質を実現するIr酸化物の性質を解明超格子薄膜技術による低消費電力デバイスの実現に期待

摘要

理化学研究所（理研）石橋極微デバイス工学研究室の松野丈夫専任研究員らの国際共同研究グループは、原子レベルの超格子薄膜技術を用いてイリジウム酸化物の電子相を制御し、磁性の出現と絶縁体化が密接に関係していることを解明した。国際共同研究グループは、原子レベルで薄膜を積み重ねることができるパルスレーザー堆積法技術を用いて、ベロブスカイト構造をもつイリジウムの酸化物（SrIrO3）薄膜とチタンの酸化物（SrTiO3）薄膜を交互に積み重ねた超格子構造を作製した。これにより、イリジウム酸化物の電子相を精密に制御することが可能になり、磁性を持った絶縁体相から特殊な金属の一種である半金属相へと電子相が変化していく様子を連続的にとらえることに成功した。その結果、イリジウム酸化物における磁性の出現と絶縁体化が密接に関係していることを明らかにした。今回の研究は、スピン－軌道相互作用と電子相関の系統的な理解をもたらすとともに、イリジウム酸化物において期待されるさまざまな電子相を超格子構造によって自在に制御する可能性を示した。理論で予測されながらも発見されていない新たな種類のトポロジカル絶縁体の実現、さらには低消費電力デバイスへの応用が期待できる。