RM CORE PI Thickness dependence of electronic structures...
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Network Joint Research Center for Materials and Devices / Dynamic Alliance for Open Innovation Bridging Human, Environment and Materials 物質・デバイス領域共同研究拠点 / 人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス リサーチハイライト / Research Highlights Physical Review B Vol. 102, No. 115114. Published online: 9 Sep. 2020 DOI: 10.1103/PhysRevB.102.115114 Figure2. The origin of a Mott insulating states without the V-V dimerization. Thickness dependence of electronic structures in VO 2 ultrathin films: Suppression of the cooperative Mott-Peierls transition D. Shiga, B. E. Yang, N. Hasegawa, T. Kanda, R. Tokunaga, K. Yoshimatsu, R. Yukawa, M. Kitamura, K. Horiba, and H. Kumigashira 酸化物ナノ構造に現れる新奇電子相 （東北大学多元研）志賀大亮、楊 以理、長谷川直人、神田龍彦、徳永凌祐、吉松公平、組頭広志 （高エネルギー加速器研究機構物構研）湯川龍、北村未歩、堀場弘司 VO 2 は室温付近で巨大な金属・絶縁体転移を示すことから、次世代デバイス材料としてもっとも研究されている機能性酸化物の一つです。しかし、VO 2 の 示す金属・絶縁体転移においては、強い電子相関と構造相転移（Vイオンの二量化）が複雑に絡み合うため、デバイス設計に必須となるナノ領域におけ る振る舞いはよく分かっていませんでした。今回、高輝度放射光を用いた軟X線分光を用いて電子状態と結晶構造のサイズ依存を詳しく調べることで、 VO 2 のナノ構造体の性質を明らかにしました。 The long-standing problem surrounding the metal-insulator transition of VO 2 is the relative role of Mott and Peierls instabilities. Here, the authors investigate the change in electronic and crystal structures of nanostructured VO 2 films, where the balance between the two instabilities is controlled as a function of thickness. In situ photoemission spectroscopy reveals that VO 2 in the thin limit exhibits a Mott insulating nature without the V-V dimerization characteristic of bulk VO 2 , owing to the dominance of the Mott instability over the Peierls one. ＊ 多元研 IMRAM IF= 3.8 拠点利用 研究者 分類C COREラボPI Editors’ suggestion c R TiO 2 (001) substrates ~0.3 nm t ~ 0 Surface Interface Peierls instability Mott instability Peierls instability Mott instability Peierls instability Mott instability Temperature (K) 350 300 250 Film Thickness t (nm) 6 8 2 4 6 8 1 10 RM MI NI c R V O Figure 1. The electric phase diagram of VO 2 nanostructures determined by the synchrotron radiation spectroscopy and transport measurements. In the thin limit, VO 2 exhibit the new insulating states without the V-V dimerization characteristic of bulk VO 2 .
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Network Joint Research Center for Materials and Devices / Dynamic Alliance for Open Innovation Bridging Human, Environment and Materials
物質・デバイス領域共同研究拠点 / 人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス リサーチハイライト / Research Highlights
Physical Review B Vol. 102, No. 115114.
Published online: 9 Sep. 2020
DOI: 10.1103/PhysRevB.102.115114
Figure2. The origin of a Mott insulating states without the V-V dimerization.
Thickness dependence of electronic structures in VO2 ultrathin films: Suppression of the cooperative Mott-Peierls transitionD. Shiga, B. E. Yang, N. Hasegawa, T. Kanda, R. Tokunaga, K. Yoshimatsu, R. Yukawa, M. Kitamura, K. Horiba, and H. Kumigashira
酸化物ナノ構造に現れる新奇電子相（東北大学多元研）志賀大亮、楊 以理、長谷川直人、神田龍彦、徳永凌祐、吉松公平、組頭広志
（高エネルギー加速器研究機構物構研）湯川龍、北村未歩、堀場弘司
VO2は室温付近で巨大な金属・絶縁体転移を示すことから、次世代デバイス材料としてもっとも研究されている機能性酸化物の一つです。しかし、VO2の示す金属・絶縁体転移においては、強い電子相関と構造相転移（Vイオンの二量化）が複雑に絡み合うため、デバイス設計に必須となるナノ領域における振る舞いはよく分かっていませんでした。今回、高輝度放射光を用いた軟X線分光を用いて電子状態と結晶構造のサイズ依存を詳しく調べることで、VO2のナノ構造体の性質を明らかにしました。The long-standing problem surrounding the metal-insulator transition of VO2 is the relative role of Mott and Peierls instabilities. Here, the authorsinvestigate the change in electronic and crystal structures of nanostructured VO2 films, where the balance between the two instabilities is controlledas a function of thickness. In situ photoemission spectroscopy reveals that VO2 in the thin limit exhibits a Mott insulating nature without the V-Vdimerization characteristic of bulk VO2, owing to the dominance of the Mott instability over the Peierls one.
＊多元研
IMRAMIF= 3.8
拠点利用研究者分類C
COREラボPI Editors’ suggestion
cR
TiO2(001) substrates
~0.3 nm
t
~0
Surface
Interface
Peierlsinstability
Mottinstability
Peierlsinstability Mott
instability
Peierlsinstability Mott
instability
Te
mp
era
ture
(K
)
350
300
250
Film Thickness t (nm)
6 8 2 4 6 81 10
RM
MI
NI
cR
V
O
Figure 1. The electric phase diagram of
VO2 nanostructures determined by the
synchrotron radiation spectroscopy and
transport measurements. In the thin
limit, VO2 exhibit the new insulating
states without the V-V dimerization
characteristic of bulk VO2.
