酸素欠損を持つ岩塩型酸化物の新たな金属化機構を解明

今年の研究で、早稲田大学を中心にしたチームが酸素欠損を持つ岩塩型のTiOおよびVO酸化物における新しい電子の挙動を発見しました。具体的には、遷移金属酸化物中における4s電子の存在がまったく新しい金属化の機構を示唆することとなりました。

研究背景

これまで、酸化物内においては3d電子が主に物理的及び化学的特性を担っていると広く認識されていました。酸素イオンが遷移金属に結合すると、4s電子はより高いエネルギー状態にシフトしがちで、通常は4s電子は存在しないとされています。しかし、最近の研究でこの常識が覆される新たな証拠が示されたのです。

新発見の概要

研究チームは、高輝度放射光を利用してTiO・VOの酸素欠損に伴う電子構造を解析しました。その結果、酸素欠損の周りに遷移金属の4s電子が存在することが示され、これが金属的性質の源泉であることが判明しました。特に、モットハバード型モット絶縁体とされるTiOとVOは、酸素欠陥の影響によって金属化することが実証されたのです。

実験の詳細

今回の実験では、硬Ｘ線光電子分光法を用いて、TiOとVOの電子のエネルギー分布を詳細に観測しました。この過程で、酸素欠損が4s電子の存在を促す重要な要因であることが確認されました。具体的には、バナジウムやチタンの4s電子が3d電子の低エネルギー側に出現し、電子を受け入れていることが明らかになりました。