鉄フタロシアニン系分子性伝導体が示す巨大磁気抵抗効果を制御する分子設計の確立
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19H02691
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
松田 真生 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (80376649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花咲 徳亮 大阪大学, 理学研究科, 教授 (70292761)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | 巨大磁気抵抗効果 / フタロシアニン / ポルフィリン / 分子設計 / ナフタロシアニン / モット絶縁体 / ナフタタロシアニン / 誘電特性 / テトラベンゾポルフィリン |
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| Outline of Research at the Start |
磁場中で電気抵抗が大きく変化する現象は巨大磁気抵抗効果と呼ばれる。ハードディスクドライブの磁気ヘッドにも応用されている身近な現象であり、電子のスピンの自由度も活用したエレクトロニクス、いわゆるスピントロニクスの代表例でもあるが、その研究は主に無機化合物を対象に行なわれている。本研究では分子性化合物（有機化合物）の磁気抵抗効果を自由に制御する分子設計を確立することを目指しており、これは新しい時代のスピントロニクスへの展開に繋がる可能性を秘めたものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジシアノ鉄フタロシアニンFe(Pc)(CN)2からなる電気伝導性結晶は巨大な負の磁気抵抗効果を示す。その発現機構においてFeの局在dスピン(S=1/2)間の反強磁性相互作用、および、π伝導電子と局在dスピン間の磁気的相互作用Jπdの双方が重要な役割を担っているが、本課題ではこれらの相互作用の制御を通して巨大な負の磁気抵抗効果を制御し得る分子設計の確立を目指している。
Fe(Pc)(CN)2には多様な分子設計の自由度が存在する。例えば、Pcをそれと類似した分子構造をもつ環状配位子に置換すれば、π伝導電子が存在するHOMO準位を制御できる。HOMO準位を低下させる分子設計はJπdを増強し、磁気抵抗効果の増大を引き起こすかも知れない。そのような期待のもとでJπdを増強する分子設計として昨年度着手したPcを1,2-Ncに置き換えた系について、得られた知見をまとめた論文が国際学術誌に受理された。また、磁気抵抗効果を増大する分子設計においては分子間相互作用を確保することが肝要であることが示されたことを受け、Pcとほぼ同じ構造（大きさ）のtbpや、Pcへの分子修飾を施した新規導電性結晶の作製にも取り組んだ。前者からは非常に興味深い結晶構造の系が得られている。
昨年度から注目しているフタロシアニンラジカルを構成要素とするモット絶縁体については、電界効果の利用、または、化学的にキャリアドープできる系を見出した。電界効果については、その成果をまとめた論文を国際学術誌に投稿し受理されている。引き続き、キャリアドープにより電子相転移を誘起できる可能性を探索している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Jπdを増強するためにπ配位子の設計によってより大きな磁気抵抗効果を発現する系の構築を目指したが、分子間相互作用の著しい低下によって期待通りの結果にはならなかった。これを受け、金属のd軌道準位を上昇させるべく、Ru錯体を用いた導電性結晶の作製に取り組むことを計画していたが、当該錯体の合成について協力を仰ぐ予定であった外国人研究者が、新型コロナウイルスの影響により来日することができず当計画は進めることができなかった。昨年度から注目しているモット絶縁体の系について、電界効果によるキャリアドープに関する成果を国際学術誌に掲載することや、特異な結晶構造をもつtbpを用いた新規導電性結晶の作製を達成しているものの、今年度の本課題はやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ru錯体を用いた導電性結晶の作製について、外国人研究者との連絡を密に取りつつ実施の可能性を探る。同時に、中心金属のスピン状態と磁気抵抗効果の相関に注目して従来より取り組んでいる、π配位子と軸配位子の組み合わせから中心金属が高スピン状態となる新しい系の創出を継続する。計算科学から高スピン状態になる可能性を期待させる複数の分子ユニットが示されており、一部は既に合成に着手している。また、Pc配位子に対して分子修飾を施すことでHOMO準位の低下を誘起し、Jπdの増強からより大きな負の磁気抵抗効果の発現を実現するアプローチにも取り組む。
Pcやtbpからなるモット絶縁体について、中心金属の相違による磁気抵抗効果の相違を系統的に検証しつつ、キャリアドープによる電子相転移の可能性を探求することで革新的な電子材料の開発に結びつく発見を目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
