超高速超強磁場による量子巨大応答と階層機能創出

• Project Area: Coordination Programming - Science of Molecular Superstructures for Chemical Devices
• Project/Area Number: 22108504
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 野尻 浩之 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80189399)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2010: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 量子ダイナミクス / 強磁場 / 錯体化学 / 巨大応答 / 磁気共鳴

Research Abstract

本研究の目的は、錯体分子系において、コヒーレントスピン操作と磁場・電場に対する量子巨大応答を達成することである。
コヒーレントスピン操作としては、超高速掃引磁場下の電子-核スピンエンタングルメントによる量子トンネル現象の実現に続いて、パルスEPRによるラビ振動の観測に成功した。これまでのラビ振動の観測は、殆どが凍結溶液などの稀釈系における実験であったが、今回Siのナノポーラス系に埋め込んだ3角クラスターという固体系において始めてラビ振動の観測に成功したことで、スケーラブルな系の構築への方向性を示した意義は大きい。さらに、量子スピン操作を容易にする系の候補として、異方性の大きな希土類と等方的なラジカルスピンを結合したIsing-Heisenbergクラスターを提案し、スピン量子数が保存しないESR遷移によるラジカルスピンの反転と、交換バイアスによるエネルギー準位の制御が可能なことを示した。これらの系はスピンによる記憶と反転操作の両者が容易に制御出来る系となることが期待できる。
外部刺激に応答するスピン系として、エネルギー縮退の大きな3角クラスターに注目し、Feの3角クラスターの磁性の理解、鋸歯リング磁性体のエネルギー準位の評価などを行い、3角クラスターの量子状態の理解に貢献した。
新学術領域の融合性を生かした研究として、Fe-Co1次元錯体の電荷移動によるスピンクロスオーバー転移における誘電異常、強電場によるブレークダウン現象などを明らかにすると共に、Fe-Coの1:2型のスピンクロスオーバー転移において光誘起状態のESR測定により、光励起により磁気秩序相間の転移が起こることを示した。また、Re錯体において、価数揺動によるNMRの緩和時間の特異な温度変化を見出した。さらに、超小型コイルを用いて従来の100倍大きな磁気力が実現できる事を示した。

Research Products

• [Journal Article] Coherent Manipulation of Electron Spins in the {Cu_3} Spin Triangle Complex Impregnated in Nanoporous Silicon (2012)
  • Author(s): K.-Y.Choi
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. Volume: 108 Issue: 6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.067206
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of Exchange Energies in the Sawtooth Spin Ring {Mo_<75>V_<20>} by ESR (2012)
  • Author(s): Y.Oshima
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 85 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.024413
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Redox-Controlled Magnetic {Mn_<13>} Keggin Systems (2011)
  • Author(s): Newton, G.N.; Yamashita, S.; Hasumi, K.; Matsuno, J.; Yoshida, N.; Nihei, M.; Shiga, T,; Nakano, M.; Nojiri, H.; Wernsdorfer, W.; Oshio, H.
  • Journal Title: Angew.Chem., Int.Ed. Volume: 50 Issue: 25 Pages: 5716-5720
  • DOI: 10.1002/anie.201100515
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linking [Fe^<III>_3] Triangles with "Double-headed" Phenolic Oximes (2011)
  • Author(s): K.Mason
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 47 Issue: 21 Pages: 6018-6020
  • DOI: 10.1039/c1cc11146a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical Trend of Ln-M Exchange Couplings in Heterometallic Complexes with Ln=Gd,Tb,Dy,Ho,Er and M=Cu,V (2011)
  • Author(s): R.Watanabe
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 47 Pages: 2110-2112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ferromagnetic Gd-Cu, Tb-Cu, and Ho-Cu Couplings in Isomorphous [Ln_2Cu] Complexes (2010)
  • Author(s): A.Okazawa
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 39 Pages: 1331-1332
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Magnetic and Electrical Properties of Cyanide Bridged 1-D Chain Complex (2012)
  • Author(s): F.Ijima
  • Organizer: 2nd International Symposium on Creation of Functional Materials-Coordination Chemistry at the Front-
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan
• [Presentation] Fe-Co1次元錯体のスピンクロスオーバー転移における誘電異常とXMCD (2012)
  • Author(s): 田添昂
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学,西宮市
• [Presentation] FeCo錯体におけるスピン多重度操作の光励起下ESR (2012)
  • Author(s): 吉居俊輔
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学,西宮市
• [Presentation] 4f-3d錯体における交換相互作用と磁気異方性 (2012)
  • Author(s): 島田貴士
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学,横浜市
• [Presentation] ランタノイドーニトロキシドラジカル錯体系の単分子磁石の探索 (2012)
  • Author(s): 村上里奈
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学,横浜市
• [Presentation] 種々の架橋基を有する三角形状の基底S=3のNi三核錯体の磁性 (2012)
  • Author(s): 井田由美
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶應義塾大学,横浜市
• [Presentation] The Electron Spin Resonance on Nano-Magnets (2011)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: The 3rd Shenzhen International Conference on Advanced Science and Technology (SICAST 2011)
  • Place of Presentation: Shenzhen, China(招待)
• [Presentation] Spin State Transition (2011)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: ICC-IMR Workshop on Development of Functionalized Molecule-based Magnetic Materials
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] Ground State Properties of a Spin-1/2 Triangular Antiferromagnet (2011)
  • Author(s): Y.Hosokoshi
  • Organizer: The 5th Japanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • Place of Presentation: Awaji, Japan
• [Presentation] Relatively Strong Antiferromagnetic Coupling in t-Butyl 2-Pyridyl Nitroxide-Ln(III) Complexes (Ln=Gd, Tb, Dy) (2011)
  • Author(s): R.Murakami
  • Organizer: The 50th Annual Meeting of the Society of Electron Spin Science and Technology (SEST2011)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] Spin Crossover Transition in Charge Transfer Complex (2011)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: The 50th Annual Meeting of the Society of Electron Spin Science and Technology (SEST2011)
  • Place of Presentation: Sendai, Japan
• [Presentation] キラルなシアン化物イオン架橋鉄-コバルト一次元錯体における一次元鎖内電子移動と磁気的・電気的性質 (2011)
  • Author(s): 飯島史周
  • Organizer: 錯体化学会61回討論会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学,岡山市
• [Presentation] 水素結合型混合原子価レニウム錯体のプロトンー電子連動機能 (2011)
  • Author(s): 小川直希
  • Organizer: 錯体化学会61回討論会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学,岡山市
• [Presentation] Fe-Co1次元錯体[FeICo(R-pabn)(tp)(CN)_3]BF_4における電子移動型スピン転移II (2011)
  • Author(s): 野尻浩之
  • Organizer: 日本物理学会2011秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学,富山市
• [Presentation] 光誘起スピン転移を示すFeCo錯体のESR測定 (2011)
  • Author(s): 吉居俊輔
  • Organizer: 日本物理学会2011秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学,富山市
• [Presentation] Spin Freezing in Keplerate Clusters (2011)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: The Third International Workshop on Dynamics and Manipulation of Quantum Systems
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan(招待)
• [Presentation] 4f-3d金属三核錯体における交換相互作用のランタノイドイオン依存性 (2011)
  • Author(s): 島田貴士
  • Organizer: 日本化学会第91春季大会
  • Place of Presentation: 神奈川大学,横浜市
• [Presentation] 動的外場を用いたII-d系分子性導体の相制御研究 (2011)
  • Author(s): 大島勇吾
  • Organizer: 日本物理学会 第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学,新潟市
• [Presentation] Fe-Co1次元錯体[Fe^ICo(R-pabn)(tp)(CN)_3]BF_4における電子移動型スピン転移 (2011)
  • Author(s): 野尻浩之
  • Organizer: 日本物理学会 第66回年次大会
  • Place of Presentation: 新潟大学,新潟市
• [Presentation] Triangular Based Molecular Magnets, Spin State Transition and Magnetic Coupling (2010)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: Leverhulme Meeting on Molecular Magnetism
  • Place of Presentation: Manchester, United Kingdom(招待)
• [Presentation] Adiabatic Transition in Fast Sweeping Magnetic Fields (2010)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: International Workshop on Statistical Physics of Quantum Systems
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan(招待)
• [Presentation] Electron Spin Resonance on 3d-4f hetero-metallic Nano Magnet (2010)
  • Author(s): S.Yoshii
  • Organizer: 2nd Russian-Japanese Young Scientists Conference on Nanomaterials and Nanotechnology
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
• [Presentation] Role of Spin Chirality in Triangula Based Molecular Magnets (2010)
  • Author(s): H.Nojiri
  • Organizer: The 12th International Conference on Molecule-Based Magnets
  • Place of Presentation: Beijing, China(基調)
• [Presentation] デュアルπ電子系分子性導体(Me-3,5-DIP)[Ni(dmit)_2]_2の電子スピン共鳴 (2010)
  • Author(s): 大島勇吾
  • Organizer: 日本物理学会 2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学,堺市
• [Presentation] Siナノ孔へ吸着したCu_3クラスターの磁化過程 (2010)
  • Author(s): 野尻浩之
  • Organizer: 日本物理学会2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学,堺市
• [Remarks]
  • URL: http://www.hfpm.imr.tohoku.ac.jp/