ミュオンで探るペロフスカイト型酸化物中の不純物水素の電子状態

Electronic state of hydrogen impurities in perovskite oxides investigated by muon spin spectroscopy

伊藤 孝   

Ito, Takashi

単純ペロフスカイト構造をもつ一連の酸化物は電子材料として我々の生活に広く役立てられている。これらの多くは、本来、優れた誘電体であるが、その絶縁性能は微量の欠陥や不純物の存在により著しく劣化し得る。ゆえに、ペロフスカイト酸化物における特定の欠陥・不純物の電子状態を明かにすることは、そのアプリケーションにおいて大変重要である。本研究では、最もありふれた不純物である水素に着目し、代表的なペロフスカイト型酸化物誘電体BaTiOおよびSrTiOにおける不純物水素の電子状態の解明を試みた。希薄な不純物水素の電子状態を実験的に明らかにすることは、測定対象が微量であるがゆえに大変難しい。そこで我々は、水素原子核と同じ+1価の正電荷を持つ正ミュオンを純良単結晶に打ち込み、格子間水素をシミュレートした上で、その電子状態をミュオンの崩壊を利用して高感度に測定する手法(SR法)を用いることにした。BaTiOおよびSrTiO純良単結晶に対するSR測定の結果、極低温でミュオニウム(正ミュオンと電子の束縛状態)の形成を示す信号が両物質において観測された。そのイオン化の様子から、伝導帯下端から数十meVのところにミュオニウムが浅い不純物準位を形成しているとことが明らかになった。格子間水素もこれらの物質中においてミュオニウムと同様に浅い不純物準位を形成し、室温付近では電子を放出して絶縁劣化を引き起こすと考えられる。

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