High-speed control of the magnetization of single-molecule magnets via fluctuation of the valence state of rare earth elements
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21K05010
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | Josai University |
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Principal Investigator |
加藤 恵一 城西大学, 理学部, 准教授 (80374742)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 単分子磁石 / 軽希土類 / セリウムイオン / 混合原子価 / 単結晶 / 酸化還元 / 希土類イオン / 価数揺動 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では、単分子磁石（Single-Molecule Magnet = SMM）の希土類イオンの価数変化および価数揺動に伴う磁気特性制御に注目した。SMMは、配位子場制御された一軸磁気異方性によって分子一つが磁石として振舞う金属錯体化合物群である。また、SMMは数ナノサイズの磁石であるため超高密度磁気記録デバイスとしての利用が期待されている。申請者は、セリウム（Ce）イオンが3価（4f1:常磁性）と4価（4f0:反磁性）が安定に存在できることから酸化還元に伴う磁気制御に注目した。希土類金属のイオンサイズ/価数変化/価数揺動を利用する新たなSMM機能開拓にチャレンジする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
単分子磁石（SMM）とは分子全体で磁化が揃う古典磁石とは違い、一分子のみで磁石として振る舞う物質群であり、今後高密度情報デバイスなどへの応用が期待されている。SMMをスピンデバイスへ応用するためには単分子スケールでのスピンの可逆的制御が必要不可欠である。そうした課題の解決に向けて様々な手法によるSMMとnon-SMM間のスイッチングが報告されているが、非磁性体からSMMへのスイッチングへの報告が非常に少ない。本研究では、非磁性体Ce(Ⅳ)-フタロシアニン二層積層型単核錯体（CePc2）を化学的に還元しCe(Ⅲ)錯体とすることでSMM挙動を観測した。その一方、錯体の構造と磁気性能の因果関係の解明や、電気化学的に安定な還元体単離など未解決部分も多い。本年度はCePc2の片方をテトラフェニルポルフィリナト（TPP）に変えたヘテロ積層型Ce(Ⅳ)錯体Ce(Pc)(TPP)（中性体）を還元し、CePc2と比較しつつ構造と磁気特性の相関を明らかにすることを目的とした。Ce(Ⅳ)(TPP)(Pc)還元体の単結晶を作製し構造解析を行ったところ、カウンターイオンが欠落していた。各種分光スペクトルからこの結晶がCe(IV)とCe(III)の混合状態であることが判明した。直流磁気測定の結果からもCeイオンの混合状態が示唆された。現状、完全還元体Ce(III)が得られていないためCe(III)イオンの配位環境の解明は今後の課題である。SMM特性の評価は次年度以降実施していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度の新型コロナウイルス感染症に伴う行動規制のため研究が予定から遅れている。徐々に研究は進んでいるが、現状はやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、軽希土類単分子磁石（SMM）の価数変化および価数揺動に伴う磁気特性制御に注目している。本年度、新たな知見としてCe(III)/Ce(IV)の混合酸化状態の単結晶を得ることにとに成功した。今後は、Ce(III)/Ce(IV)の混合酸化状態の磁気特性を明らかにする。また、Ceイオンが3価（4f1:常磁性）の還元体を合成単離し、磁気特性評価および単結晶構造解析から中心Ceイオンの配位環境を調べ、構造と磁気特性の相関を明らかにする。単結晶および固体状態における電気化学測定の手法を確立したので、次年度以降Ce錯体に適用していく予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
