分子磁性体内包単層カーボンナノチューブによる新奇磁気特性の発現と向上

• Project/Area Number: 19H00898
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山下 正廣 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (60167707)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高石 慎也 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10396418) ; 加藤 恵一 東北大学, 理学研究科, 助教 (80374742) ; 井口 弘章 東北大学, 理学研究科, 助教 (30709100)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥45,110,000 (Direct Cost: ¥34,700,000、Indirect Cost: ¥10,410,000); Fiscal Year 2019: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
• Keywords: 分子磁性体 / 単分子磁石 / 単層カーボンナノチューブ / 一次元構造 / 磁気特性 / 電気伝導特性 / 分子スピントロニクス / スピンクロスオーバー錯体

Outline of Research at the Start

本研究では、分子磁性体の構造を低次元的に制御し、かつ電子の流れるパスとして機能する分子性材料として単層のカーボンナノチューブ（CNT）に着目する。単層CNTは直径数nm、長さ数μmと非常に大きなアスペクト比を持つほぼ理想的な量子細線であり、その一次元性に由来し離散的なエネルギー準位やバリスティック伝導を示す。本研究においては、単層CNTが有する大きな特徴の１つである「一次元内部空間」に着目し、ここに分子磁性体を内包することで「分子磁性体内包単層CNT」を創製する。これにより分子磁性体は単層CNT内部に一次元的にスタックするため、分子間相互作用が制御され磁気特性の変調が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、分子磁性体の構造を一次元的に制御し、かつ電子の流れるパスとして機能する分子材料として単層のカーボンナノチューブ（CNT）に注目した。単層CNTは直径数nm、長さ数μｍと非常に大きなアスペクト比を持つ量子細線である。本研究では単層ＣＮＴの特徴である一次元内部空間を利用し、ここに分子磁性体を内包することで分子性磁性内包単層ＣＮＴを創製した。内包に用いた希土類内包フラーレン分子であるDySc2N@C80はDyイオンの大きな磁気異方性に由来する単分子磁石特性を示す。さらに、DySc2N@C80を単層ＣＮＴに内包することでDySc2N@C80が一次元的に整列し、単分子磁石間に働く磁気双極子相互作用が基底状態に作用し保持力の向上が確認された。また、一次元的に磁気希釈されているために分子間磁気相互作用が働かない。この一次元内包単分子磁石の分子スピントロニクス材料としての機能に注目した。電極間に一次元内包単分子磁石をセットし電流磁気特性を調べたところ、金電極では磁気抵抗効果は観測されなかった。一方、ニッケル電極では0.4％程度ではあるが磁気抵抗効果が観測された。今後は再現性も含め他の金属電極での挙動について研究を進める。また、局在スピンと伝導電子の相互作用についても詳細に検討していく予定である。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。