発表者
山中　天志（田中研）
指導教員
服部　梓
Title
Control of stoichiometry in the NdNiO3 film grown by PLD technique
Abstract
Strongly correlated neodymium nickelate (NdNiO3: NNO) is very interesting material which shows a metal insulator transition (MIT), in response to temperature. The resistance of NNO drastically change at around 130 K due to transition from insulator at low temperature to metal at high temperature. Because of the nanoscale phase separation phenomenon in the MIT process [1], we are studying the nano-physical properties for NNO. For physical property study, high quality NNO sample is necessary to study nano-physical properties. However, the previous NNO thin film grown by pulsed laser deposition (PLD) using the sintered NdNiO3 target with Nd:Ni=1:1 showed MIT but the resistance change ratio: Rins/Rmet was low. It was reported that the NNO films with off-stoichiometry (Ni-lack) showed low, Rins/Rmet while that of the NNO film with stoichiometry was a few tens [2]. The reason for the off-stoichiometry in the NNO film grown by PLD is different efficiency of the ablation ratio, i.e., higher Nd ablation ratio rather than Ni. To solve this problem, I prepare the Ni rich target and try to obtain a stoichiometry NNO thin film with high Rins/Rmet. The NNO thin films were produced using four different targets with Nd:Ni=1:1+a (a=0,0.5,1.0,and1.5). There, structure was evaluated by RHEED and, XRD, and temperature dependent resistance was measured. All films were epitaxially grown and showed MIT. I found that, the values of Rins / Rmet greatly depend on Nd:Ni in the target. I succeed to obtain the NNO film with Rins/Rmet more than 40 when I used the target with Nd:Ni=1:2, while Rins/Rmet for the NNO thin film using the target of Nd:Ni=1:1 was only 3.7. I think that the Nd/Ni content is close to 1 in the obtained NNO film with Rins/Rmet of &sim~40 produced using Ni-rich target.

タイトル
PLD法で作製したNdNiO3薄膜のストイキオメトリ制御
概要
強相関電子系酸化物の一種であるニッケル酸ネオジウム(NdNiO3: NNO)は、例えば温度によって金属絶縁体相転移(Metal Insulator Transition: MIT)を示す非常に興味深い物質である。NNOは、低温の絶縁体状態から急激に抵抗値が変化し130 K付近で金属状態へと転移する。その過程でナノ相分離現象が起こることから[1]我々はナノ物性研究が重要であると考えている。 ナノ物性研究には高品質なNNO試料作製が必要だが、これまで研究室で得ていたNNO薄膜はMITを示すものの相転移の際の抵抗変化比率Rins/Rmetが小さいという問題があった。NNOではNdとNiの組成ズレが起きると、Rins/Rmetが減少することが報告されている[2]。我々は薄膜作製にNNOの焼結体をターゲットとしてレーザーを照射しアブレーションした物質を基板上に堆積させるというパルスレーザー蒸着(PLD)を行っている。しかし、NdとNiのアブレーション比率が異なり、Niが不足したストイキオメトリから逸脱したNNO薄膜であったために、Niの含有比が1:1のターゲットを用いて作製した過去のNNO薄膜はRins/Rmetが小さかったと考えられる。そこで今回私はNiを過剰に含んだNNOターゲットを用いることで、ストイキオメトリでMIT時のRins/Rmetが大きい良質なNNOを得ることに取り組んだ。Nd:Ni＝1:1+a (a=0,0.5,1.0,1.5)の4つの異なるターゲットを用いてPLD法によりNNO薄膜を作製し、RHEED、XRDで構造評価を、抵抗温度依存性評価によりMIT特性評価を行った。得られた薄膜は、すべてエピタキシャル成長しMITを示したが、Rins/Rmetの値は組成に大きく依存した結果が得られた。Nd:Ni＝1:1のターゲットで作製したNNO薄膜はRins/Rmet＝3.7と小さかったが、Nd:Ni＝1:2のターゲットを用いて作製した薄膜は、Rins/Rmetが40を超え、Nd:Ni＝1:1のストイキオメトリに近いと思われる良質なNNOが得られた。

References
  1. D. Preziosi et al., Nano Lett. 18 (2018) 2226.
  2. D. Preziosi et al., AIP Advances 7 (2017) 015210.

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