ハニカム格子イリジウム酸化物の人工超格子合成に成功～量子スピン液体の制御技術開発に前進～

2020-08-13

2020-08-12 東北大学金属材料研究所,東京大学大学院工学系研究科,科学技術振興機構

ポイント

真空成膜技術を駆使して、天然に存在しないハニカム（蜂の巣）格子イリジウム酸化物の人工超格子を合成することに成功。
量子スピン液体と呼ばれる特殊な磁気状態実現への新たなアプローチ。
薄膜・界面の自由度を活用した磁気特性の理解や制御技術の開発に貢献し、将来的な量子状態制御素子への応用展開も期待。

量子コンピューターなどの量子状態制御への応用可能性から、量子スピン液体が注目されています。イリジウムイオンがハニカム格子状に並んだ化合物は、この量子スピン液体をもたらす物質として素子への展開が期待されています。

東北大学金属材料研究所の藤原宏平　准教授、三浦径　大学院生（研究当時）、塚﨑敦　教授、東京大学大学院工学系研究科の柴田直哉　教授らの共同研究グループは、イリジウムイオンがハニカム格子状に配列した新規酸化物Ｍｎ－Ｉｒ－Ｏの人工超格子を合成することに成功しました。本研究の意義は、１．真空成膜条件下でも安定な結晶構造を保つイルメナイト型酸化物に着目してＩｒＯ_６ハニカム格子の薄膜合成に成功したこと、さらに、２．人工超格子技術を用いることによって、真空成膜手法が新物質合成技術として有用であることを示したことにあります。

この成果は、量子スピン液体の物質開発に新たなアプローチを提供するだけでなく、薄膜試料を用いた機能素子の開発にも役立つものと期待されます。

本研究成果は２０２０年８月１２日（英国夏時間）、国際科学誌「ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＭａｔｅｒｉａｌｓ」オンライン版に掲載されます。

本研究は、ＪＳＴ戦略的創造研究推進事業ＣＲＥＳＴ「トポロジカル機能界面の創出」（研究代表者：塚﨑敦、課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ２）、科学研究費補助金（課題番号：１５Ｈ０５８０５３、１９Ｈ０２４２３、１９Ｈ０５７８８）、東北大学金属材料研究所新素材共同研究開発センター（課題番号：１９Ｇ０４１０）、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業微細構造解析プラットフォーム（課題番号：１２０２４０４６）からの支援を受けて実施されました。

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