Metal
4.4. 本章のまとめ
本章では、キャリアを制御したVO2における電子相変化に関する知見を得るために、VO2
エピタキシャル薄膜表面へのアルカリ金属原子蒸着による電子注入を試み、キャリア誘起 MITに伴う電子・結晶構造変化のその場放射光電子分光による直接観測を行った。これによ り、MI相VO2薄膜にK原子を蒸着することで、表面キャリア注入を実現し、金属化するこ とに成功した。更に、K/VO2におけるキャリア誘起金属相は、V-V二量化特性を維持した新 たな金属相である可能性を見いだした。なお、この実験に際して、まず、作製したVO2薄膜 が先行研究とほぼ同じかそれ以上の質をもっていることを前章で確かめ、更に励起光の照射 による試料劣化の影響を無視できる測定手順を確立した。
放射光電子分光測定により、絶縁体相VO2の薄膜表面にK原子を蒸着すると、Kが表面 に化学吸着し、K イオンからの電子注入により VO2薄膜が金属化することを見いだした。
更に、詳細な温度依存測定により、K/VO2薄膜のTMITが150–250 Kまで抑制されていること が分かった。これらの結果から、K/VO2薄膜において、KからVO2への表面キャリア注入に よりEDLTと類似したキャリア誘起MITが実現していると結論づけた。
更に、この金属化したK/VO2薄膜におけるEF近傍のV 3d 状態においては、EF直上のコ ヒーレントピーク強度が金属相 VO2 のものに比べて抑圧されていた。詳細な温度依存測定 を行った結果、K/VO2試料の昇温に伴い、EF直上でコヒーレントピークが成長し、金属相 VO2のものと類似したスペクトル形状へと変化する様子が観測された。そこで次に、V-V二 量化に関する情報を反映するXASの偏光依存測定により、より詳細なK/VO2の温度依存性 の起源について検証した。これにより、K/VO2のキャリア誘起金属相が、V-V二量化を維持 した新しい「単斜晶系系金属相」であることを明らかにした。
この中間電子相の起源として、RM相とMI相との相分離現象の可能性も考え、スペクト ルの線形結合解析を行った。しかし、中間電子相のスペクトルを再現することはできなかっ た。したがって、この単斜晶系金属相は、従来のRM相ともMI相とも異なる新たな電子相 である可能性が高い。相分離状態の検証を更に精密に行うためには、光電子顕微鏡などによ る偏光依存O K XASのナノスケールでの実空間分布測定を行う必要がある。
以上の結果から、電子注入時のVO2においてはFET動作時と同様の状態を作り出すこと に成功し、電荷蓄積時のチャネル領域（表面数ナノメートル）における電子相図を決定した。
電子ドープされたVO2の電子相境界付近においては、V-V二量化特性を維持した「単斜晶系
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