| Project/Area Number |
23K21104
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| Project/Area Number (Other) |
21H01900 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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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 | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高坂 亘 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70620201)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
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| Keywords | 多孔性配位高分子 / 金属有機複合体 / 多孔性磁石 / 物性変換 / 複合外場 / 磁気相変換 / 分子磁性体 / 電荷移動 / ホストゲスト電荷移動 / MOF |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，化学物質の吸着や光照射による外部刺激に応答して，その磁気・電気特性を大きく変化させる材料の開発を目的とする．磁気・電気特性から巨大な外場応答を引き出すためには，化合物の電子状態が多重相安定性を備えていることが重要である．本研究では，申請者らがこれまでの研究で見出してきた多重相安定性を示す多孔性配位高分子磁石を足掛かりとし，１）化学ドーピング，２）光照射，３）物質吸着＋光照射からなる複合外場，により相安定性の自在制御や相変換を行い，巨大物性応答を引き出す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
2年目となる今年度は，物質吸着と光照射の併用による多孔性磁石の物性制御を行うための磁気測定実験系を構築し，実際にガス雰囲気・温度制御下での光照射実験を行った．実験系の有効性を確認するために，鉄(II)スピンクロスオーバーや，光誘起磁化を示すシアノ架橋型MOF等，過去に光応答性が報告されている化合物を測定試料に用いることで，本研究の目的である「光・物質吸着の複合外場による磁気物性変換」を示唆する結果を得た．また各種分光測定系についても，ガス雰囲気・温度制御下での光照射実験を行い，測定系の有効性について確認した．一方で，測定系の改善すべき点も見いだされており，来期の課題として引き続き取り組んでいく．
並行して，多重安定性を示す[Ru2]-TCNQ型多孔性配位高分子磁石の開発や物性測定にも取り組んだ．新たなゲスト応答性多孔性磁石として，[Ru2]-TNCQ層状分子磁石の層間にデカメチルメタロセニウム（[MCp*2], M = Co, Fe, Cr）を挿入したpi-stacked pillared-layer framework (pi-PLF)化合物を用い，CO2吸着に因る磁気相変換を実現した．M = Coの化合物は，ゲスト吸着前はTN = 75 Kの反強磁性体であったが，CO2吸着後はTc = 76 Kのフェリ磁性体へと変化した．結晶構造の検討からはCO2吸着により層間距離が大きく伸長しており，層間距離が磁気秩序の決定に重要な役割を果たしていることが明らかとなった．ガス吸着に伴う構造変化のみに起因する可逆磁気相変換はこれまで例はない．「構造変化」は従来のゲスト応答性磁石における磁気相変換の機構に比べると単純明快な機構であることから，層状構造を持つ他の磁性材料へ幅広く応用可能であると期待され，基礎・応用の両面から意義深い結果だと考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光源や光ファイバー，装置導入の遅延（Covid-19の影響）や本学極低温センターの設備更新により，前年度に達成することが出来なかった，“光照射下における分光測定・磁気測定系の立ち上げ”と，“光照射下における磁気測定”を今年度は実施し，来期につながる結果・課題が得られたことから，前年度までの遅れを挽回するに至ったと考えている．加えて，光照射のみならず，物質吸着と光照射の併用（複合外場）による物性制御を行うための磁気測定実験系についても構築・実験開始に至っている．複合外場の利用は，磁気測定系だけでなく，赤外，紫外可視，ラマン，円二色性等の各種分光測定系においても実現しており，測定系の有効性について確認するに至っている．さらに，もう一方の目標項目である[Ru2]-TCNQ型ドナー・アクセプター金属有機複合骨格(D/A-MOF)の物質開拓についても一定の成果が得られており，論文発表を行っている．以上を総合して，本年度の進捗状況はおおむね順調であると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は１）多重安定性を示す[Ru2]-TCNQ型D/A-MOFの物質開拓，２）光照射下における各種物性温度可変測定系の構築，３）多重相安定性を示すD/A-MOFの光相制御，および４）物質吸着と光照射の併用による多孔性磁石の物性制御，の４つの項目に大別される．１）は研究期間全体を通して推進していく課題であり，今後も引き続き物質開拓に取り組む．また今年度は，昨年度に組み上げた２）温度・ガス雰囲気可変赤外・ラマン分光測定系，および３）の光照射実験系に加えて，４）の物質吸着と光照射の併用による多孔性磁石の物性制御を行うための磁気測定実験系を構築し，実際にガス雰囲気・温度制御化での光照射実験を行った．その結果，目的としていた「光・物質吸着の複合外場による磁気物性変換」を示唆する結果が得られた．一方で，測定系について改良していくべき点が明らかになってきた．
以上の結果を受け，来年度は課題４）に重点を置いて取り組んでいく．特に，効果的な光照射と物質吸着の両者を実現し得る，試料保持方法に関する技術的な改善が必要である．課題達成への糸口は既に見えており，論文投稿に足るデータの取得に努める．また，実験に用いる化合物の選定も重要である．光照射により大きな磁気シグナル変化を伴う化合物が望ましい．今年度はおもに，鉄(II)スピンクロスオーバーや，光誘起磁化を示すシアノ架橋型MOFのような，光応答性を重視した化合物選択で実験を進めたが，今後は加えて，ガス応答性を示す[Ru2]-TCNQ系多孔性磁石やFe-オキサレン系D/A-MOFについて重点的に検討を進めていく予定である．
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