Figuration of dynamic pi-systems coupled with hydrogen-bond dynamics

• Project Area: pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
• Project/Area Number: 17H05143
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kumamoto University (2018); The University of Tokyo (2017)
• Principal Investigator: 上田 顕 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (20589585)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 有機伝導体 / 水素ダイナミクス / 電荷秩序 / 非線形伝導 / 水素結合 / π電子 / 物質開発 / 相転移 / 圧力効果 / 水素移動 / 有機導体 / 分子性固体 / 結晶成長 / 合成化学 / 強相関電子系

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、前年度開発に成功した対アニオンを含む水素－π電子系有機伝導体のさらなる探索、構造・物性調査を主として行った。まず、様々な対アニオンとの電解結晶化を検討したところ、前年度得られたBF4塩に加えて、ClO4ならびにReO4アニオンとの塩を新たに得ることに成功した。これらのアニオンはいずれも四面体型の構造を有しており、得られた塩は類似した結晶構造を構築していた。すなわち、電子ドナー分子の末端ヒドロキシ基と対アニオンの間には水素結合が存在し、また、ドナー分子同士の分子間相互作用（π－π、S...S）により２次元的な電気伝導層が形成されていた。電気抵抗率測定の結果、BF4塩とClO4塩は低温下において半導体－絶縁体転移を示したのに対し、ReO4塩は室温から低温に至るまで半導体的なふるまいを示した。結晶構造をより詳細に調べたところ、前者は低温下で電荷秩序転移し、絶縁体化する一方で、後者は室温から弱く電荷秩序化した状態にあることが示唆された。対アニオンのサイズの違いに由来する化学圧力効果によりこれらの違いが生じたものと考えられる。興味深いことに、前者における電荷秩序転移において、ドナー分子の電子状態（価数）だけではなく、水素結合部も構造変化していることが示唆され、π電子と水素結合がカップルした新しい相転移現象を見いだすことに成功したと考えている。
この研究と並行して、以前開発に成功した対アニオンを含まない水素－π電子連動系物質の非線形伝導特性の調査を行った。ヒステリシスを有する珍しい負性微分抵抗を見いだすことに成功し、水素のダイナミクスに基づく新しい現象であることを明らかにした。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Di- and tetramethoxy benzothienobenzothiophenes: substitution position effects on the intermolecular interactions, crystal packing and transistor properties (2019)
  • Author(s): Toshiki Higashino, Akira Ueda and Hatsumi Mori
  • Journal Title: New Journal of Chemistry Volume: 43 Issue: 2 Pages: 884-892
  • DOI: 10.1039/c8nj04251a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Charge Order and Poor Glass-forming Ability of an Anisotropic Triangular-lattice System, θ-(BEDT-TTF)2TlCo(SCN)4, Investigated by NMR (2019)
  • Author(s): K. Miyagawa, T. Sato, H. Hashimoto, M. Kodama, K. Ohnoh, A. Ueda, H. Mori, and K. Kanoda
  • Journal Title: Jouranal of Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 3 Pages: 034705-034705
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.034705
  • NAID: 210000135132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hysteretic Current-Voltage Characteristics in the Deuterium-Dynamics- Triggered Charge-Ordered Phase of κ-D3(Cat-EDT-TTF)2 (2019)
  • Author(s): A. Ueda, K. Kishimoto, Y. Sunairi, J. Yoshida, H. Yamakawa, T. Miyamoto, T. Terashige, H. Okamoto and H. Mori
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 88 Issue: 3 Pages: 034710-034710
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.034710
  • NAID: 210000135137
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Strange metal from a frustration-driven charge order instability (2019)
  • Author(s): T. Sato, K. Kitai, K. Miyagawa, M. Tamura, A. Ueda, H. Mori and K. Kanoda
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 18 Issue: 3 Pages: 229-233
  • DOI: 10.1038/s41563-019-0284-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New pai-extended catecholato complexes of Pt(II) and Pd(II) containing a benzothienobenzothiophene (BTBT) moiety: synthesis, electrochemical behavior and charge transfer properties (2019)
  • Author(s): K. Tahara, Y. Ashihara, T. Higashino, Y. Ozawa, T. Kadoya, K. Sugimoto, A. Ueda, H. Mori and M. Abe
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 印刷中 Issue: 21 Pages: 7367-7377
  • DOI: 10.1039/c8dt05057k
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] π電子とプロトンの連動による新しい量子液体状態 ―絶対零度まで揺らぎ続ける電気・磁気双極子― (2019)
  • Author(s): 下澤雅明、上田 顕、橋本顕一郎、中 惇
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 1 Pages: 43-54
  • NAID: 40021787191
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 水素ダイナミクスを有する有機伝導体の開発 (2018)
  • Author(s): 上田 顕
  • Journal Title: 化学工業 Volume: 7 Pages: 36-42
• [Journal Article] Strong Hydrogen Bonds at the Interface between Proton-Donating and -Accepting Self-Assembled Monolayers on Au(111) (2018)
  • Author(s): Kato Hiroyuki S.、Yoshimoto Shinya、Ueda Akira、Yamamoto Susumu、Kanematsu Yusuke、Tachikawa Masanori、Mori Hatsumi、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao
  • Journal Title: Langmuir Volume: 34 Issue: 5 Pages: 2189-2197
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b03451
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A phenol-fused tetrathiafulvalene: modulation of hydrogen-bond patterns and electrical conductivity in the charge-transfer salt (2018)
  • Author(s): Ueda Akira、Mori Hatsumi
  • Journal Title: Materials Chemistry Frontiers Volume: 2 Issue: 3 Pages: 566-572
  • DOI: 10.1039/c7qm00574a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Size effects on supercooling phenomena in strongly correlated electron systems: IrTe2 and θ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)4 (2018)
  • Author(s): Oike H.、Suda M.、Kamitani M.、Ueda A.、Mori H.、Tokura Y.、Yamamoto H. M.、Kagawa F.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 97 Issue: 8 Pages: 085102-085102
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.085102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermodynamics of the quantum spin liquid state of the single-component dimer Mott system k-H3(Cat－EDT－TTF)2. (2017)
  • Author(s): Satoshi Yamashita, Yasuhiro Nakazawa, Akira Ueda, Hatsumi Mori
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 95 Issue: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.184425
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Novel Functional Organic Crystals by Utilizing Proton- and π-Electron-Donating/Accepting Abilities (2017)
  • Author(s): Ueda Akira
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 90 Issue: 11 Pages: 1181-1188
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170239
  • NAID: 130006201452
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystallization and vitrification of electrons in a glass-forming charge liquid (2017)
  • Author(s): Sasaki S.、Hashimoto K.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Nishio Y.、Ikemoto Y.、Moriwaki T.、Yoneyama N.、Watanabe M.、Ueda A.、Mori H.、Kobayashi K.、Kumai R.、Murakami Y.、M?ller J.、Sasaki T.
  • Journal Title: Science Volume: 357 Issue: 6358 Pages: 1381-1385
  • DOI: 10.1126/science.aal3120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantum-disordered state of magnetic and electric dipoles in an organic Mott system (2017)
  • Author(s): Shimozawa M.、Hashimoto K.、Ueda A.、Suzuki Y.、Sugii K.、Yamada S.、Imai Y.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Naka M.、Ishihara S.、Mori H.、Sasaki T.、Yamashita M.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01849-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of Novel Functional Molecular Crystals by Utilizing Dynamic Hydrogen Bonds (2017)
  • Author(s): Ueda Akira、Yoshida Junya、Takahashi Kazuyuki、Mori Hatsumi
  • Journal Title: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan Volume: 75 Issue: 10 Pages: 1045-1054
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.75.1045
  • NAID: 130006156692
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ダイマーモット絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2X, (X = Br, Cl)における磁化率・磁気トルク測定 (2019)
  • Author(s): 山下穣, 杉井かおり, 下澤雅明, 上田顕, 森初果, Natalia Drichko, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, Elena I. Zhilyaeva, Svetlana A. Torunova, Rimma N. Lyubovskaya
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会(2019)
• [Presentation] 水素結合型モット絶縁体Cat-EDT系における量子常誘電・常磁性状態 (2019)
  • Author(s): 藤井桜子, 下澤雅明, 近藤潤, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 杉浦栞理, 寺嶋太一, 宇治進也, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会(2019)
• [Presentation] π電子－プロトン相関型Cat-TTF系電荷移動塩の圧力下電気抵抗測定 (2019)
  • Author(s): 菅井祐太, 上田顕, 高倉知将, 土居諒平, 吉田順哉, 横森創, 出倉駿, 郷地順, 上床美也, 浅井晋一郎, 益田隆嗣, 森初果
  • Organizer: 日本物理学会 第74回年次大会(2019)
• [Presentation] カテコール縮環型金属ジチオレン錯体の構造と物性に対する中心金属置換効果 (2019)
  • Author(s): 横森 創・上田 顕・森 初果
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会2019
• [Presentation] ジメトキシベンゼンが縮環した中性の金属ジチオレン錯体の合成、構造、性質ならびに電界効果トランジスタ特性 (2019)
  • Author(s): 高橋 優介・横森 創・上田 顕・榎本 真哉・森 初果
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会2019
• [Presentation] Exploration of Molecular Conductors with Hydrogen-Bond Dynamics (2018)
  • Author(s): Akira Ueda
  • Organizer: The International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2018 (ICSM 2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of a New Type of Molecular Conductors with Dynamic Hydrogen Bonds (2018)
  • Author(s): Akira Ueda
  • Organizer: 8th TOYOTA RIKEN International Workshop on Organic Semiconductors, Conductors, and Electronics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of hydrogen-bonded molecular conductors based on catechol-fused TTF system (2018)
  • Author(s): Akira Ueda, Hatsumi Mori
  • Organizer: 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Syntheses, Structures, and Properties of Novel Metal-Dithiolene Complexes with Hydrogen-Bonds (2018)
  • Author(s): So Yokomori, Akira Ueda, Reiji Kumai, Youichi Murakami, and Hatsumi Mori
  • Organizer: The International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2018 (ICSM 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Syntheses, Structures and Physical Properties of Novel Metal-dithiolene Complexes with Hydrogen bonds (2018)
  • Author(s): So Yokomori, Akira Ueda, Reiji Kumai, Youichi Murakami, and Hatsumi Mori
  • Organizer: 8th TOYOTA RIKEN International Workshop on Organic Semiconductors, Conductors, and Electronics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 動的水素結合を有する新しい有機伝導体の開発 (2018)
  • Author(s): 上田 顕
  • Organizer: 錯体化学若手の会・関東支部 前期勉強会2018
  • Invited
• [Presentation] 水素結合を活用した新しいπ電子系機能物質の開発 (2018)
  • Author(s): 上田 顕
  • Organizer: 日本化学会研究会「低次元系光機能材料研究会」第7回研究講演会 ～二次元構造を有するπ電子系の光・電子機能～
  • Invited
• [Presentation] 水素ダイナミクスを有する新しい有機伝導体の合成と構造、物性 (2018)
  • Author(s): 上田 顕
  • Organizer: 第15回 水素量子アトミクス研究会/第1回ハイドロジェノミクス研究会
  • Invited
• [Presentation] 新規カテコール縮環型金属ジチオレン錯体の合成と水素結合型フレームワーク構造 (2018)
  • Author(s): 横森 創、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 錯体化学会 第68回討論会
• [Presentation] 電気抵抗測定でみたπ電子-プロトン相関型Cat-TTF系有機伝導体に対する静水圧力ならびに元素置換効果 (2018)
  • Author(s): 高倉知将、上田 顕、岸本幸樹、森 初果
  • Organizer: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [Presentation] 半導体－絶縁体転移を示す新規カテコール-TTF系水素結合型電荷移動塩の合成と構造、物性 (2018)
  • Author(s): 上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 第12回分子科学討論会
• [Presentation] カテコール縮環型金属ジチオレン錯体：水素結合による多様な集積構造と中心金属置換効果 (2018)
  • Author(s): 横森 創、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 第12回分子科学討論会
• [Presentation] エチレンジオキシ基を有するカテコール縮環型TTF誘導体を用いた水素結合型の新規電荷移動塩の合成と構造、物性 (2018)
  • Author(s): 池田 潤、上田 顕、横森 創、吉田順哉、森 初果
  • Organizer: 第12回分子科学討論会
• [Presentation] フェノールを縮環させたTTF誘導体の合成とその電荷移動塩の構造・物性 (2018)
  • Author(s): 上田 顕、森 初果
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] カテコール部位を有する金属ジチオレン錯体を用いた多様な水素結合型結晶の合成と構造 (2018)
  • Author(s): 横森 創、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] カテコール縮環TTFと各種アニル酸誘導体からなる水素結合型電荷移動錯体の構造と物性 (2018)
  • Author(s): 土居諒平、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] π電子－プロトン相関型Cat-TTF系有機伝導体における非線形伝導現象とその元素置換効果 (2018)
  • Author(s): 岸本幸樹、上田 顕、砂入允哉、吉田順哉、山川大路、宮本辰也、岡本 博、森 初果
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Development of a New Class of Molecular Conductors with Hydrogen-bond Dynamics (2017)
  • Author(s): A. Ueda
  • Organizer: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PURE & APPLIED CHEMISTRY (ISPAC) 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 水素－π電子相関系有機伝導体 k-X3(Cat-EDT-TTF)2 [X = H, D] における圧力効果：電気抵抗とＸ線回折 (2017)
  • Author(s): 上田 顕、岸本幸樹、山田翔太、磯野貴之、森 初果、小林賢介、熊井玲児、村上洋一
  • Organizer: 第11回分子科学討論会
• [Presentation] カテコール部位を有するジチオレン配位子を用いた新規な水素結合型金属錯体の合成、構造および物性 (2017)
  • Author(s): 横森 創、上田 顕、東野寿樹、森 初果
  • Organizer: 第11回分子科学討論会
• [Presentation] カテコール縮環TTFとジヒドロキシベンゾキノンからなる新規水素結合型電荷移動錯体の合成と構造、物性 (2017)
  • Author(s): 土居諒平、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 第11回分子科学討論会
• [Presentation] π電子－プロトン相関型有機伝導体k-X3(Cat-EDT-TTF)2 [X = H, D]における電場および圧力効果 (2017)
  • Author(s): 岸本幸樹、上田 顕、磯野貴之、砂入允哉、吉田順哉、熊井玲児、小林賢介、村上洋一、森 初果
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Development of a New Class of Molecular Conductors with Hydrogen-Bond Dynamics: Chemical Modification of Catechol-Fused TTF System (2017)
  • Author(s): A. Ueda, H. Mori
  • Organizer: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Methoxy-substituted BTBT derivatives: Synthesis and substitution position effect on the solid-state structures and transistor properties (2017)
  • Author(s): T. Higashino, A. Ueda, H. Mori
  • Organizer: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nonlinear Conduction in k-X3(Cat-EDT-TTF)2 [X = H, D] (2017)
  • Author(s): K. Kishimoto, A. Ueda, Y. Sunairi, J. Yoshida, D. Ueta, H. Yoshizawa, H. Mori
  • Organizer: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Metal-dithiolene Complexes Having Hydrogen-bonding Ability (2017)
  • Author(s): S. Yokomori, A. Ueda, T. Higashino, H. Mori
  • Organizer: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthesis, Structures, and Physical Properties of Novel Hydrogen-bonded Charge-transfer Complexes based on Catechol-fused TTF (2017)
  • Author(s): R. Doi, A. Ueda, R. Kumai, Y. Murakami, H. Mori
  • Organizer: The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Researcher ID
  • URL: https://publons.com/researcher/1185987/akira-ueda/
• [Remarks] Google Scholar Citations
  • URL: http://scholar.google.com/citations?user=WUuqJhMAAAAJ&hl=en
• [Remarks] ORCID
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-9600-5409
• [Remarks] Researcher ID
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/A-2624-2012
• [Remarks] 東京大学物性研究所 森研究室website
  • URL: http://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp/