有機ラジカルのスピンに基づく単一分子スピントロニクス

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 26110511
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 松下 未知雄 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80295477)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2014: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 有機磁性導電性共存系 / 有機ラジカル / 有機導電体 / 磁気抵抗 / スピントロニクス / 分子素子

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目標のひとつは、これまで40K程度に留まっていた、有機磁性‐導電性共存系における磁気抵抗発現温度をさらに引き上げることである。昨年度、新たな分子設計により、磁気抵抗比は-0.2%と小さいものの、室温付近で負の磁気抵抗を発現する系を見出した。しかしながら、この系が室温付近で負の磁気抵抗を発現するのは３回対称性を持つという分子の特殊性によるもので、広範に適用可能な手法ではない。そのため、分子間相互作用によるスピン分極の低下を低減することで発現温度を向上させる目的で、スピン分極ドナーを単層カーボンナノチューブ上に分散して吸着させることを試みた。単成分結晶では導電性が低く、これまで負の磁気抵抗が観察されていないスピン分極ドナーのESBNを用いたところ、室温から極低温までの磁気抵抗測定が可能となり、さらに200K付近まで負の磁気抵抗の発現が認められた。但し、磁気抵抗比は最低温の2Kで-1.8%と小さく、スピンの存在密度が小さいことが原因と考えられる。この手法は、これまで磁気抵抗測定の適用範囲外であった導電性を持たない様々なスピン分極ドナーにも適用可能であり、さらなる発展が見込まれる。
関連する研究として、シクロファン型ドナー分子のイオンラジカル結晶において、直交する異なる２つの結晶軸方向の導電性が互いに制御可能なことを見出した。同じ軸に繰り返し電流を印加すると徐々に抵抗が減少していく様子が見られ、その際直交方向では逆に抵抗が増加する。この制御は相互に繰り返し行うことができ、電流によって動作する切替スイッチとみなすことができる。本新学術領域研究全体の大目標である、分子によるコンピューティングや脳型コンピューターの実現に資する成果といえる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Organic optoelectronic interfaces with anomalous transient photocurrent (2015)
  • Author(s): Laigui Hu, Xian Liu, Simon Dalgleish, Michio M. Matsushita, Hirofumi Yoshikawa, Kunio Awaga
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C: Materials for Optical and Electronic Devices Volume: 3 Issue: 20 Pages: 5122-5135
  • DOI: 10.1039/c5tc00414d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Factors affecting the stability and performance of ionic liquid-based planar transient photodetectors (2015)
  • Author(s): *Dalgleish, S., Reissig, L., Hu, L., Matsushita, M.M., Sudo, Y., & *Awaga, K.
  • Journal Title: Langmuir Volume: 印刷中 Issue: 18 Pages: 5235-5243
  • DOI: 10.1021/la504972q
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Switching of Transfer Characteristics of an Organic Field-Effect Transistor by Phase Transitions: Sensitive Response to Molecular Dynamics and Charge Fluctuation (2015)
  • Author(s): S. Yokokura, Y. Takahashi, H. Nonaka, H. Hasegawa, J. Harada, T. Inabe, R. Kumai, H. Okamoto, M. M. Matsushita, K. Awaga
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 27 Issue: 12 Pages: 4441-4449
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b01383
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of the K4 Structure Formed by a Triangular pi Radical Anion (2015)
  • Author(s): A. Mizuno, Y. Shuku, R. Suizu, M.M. Matsushita, M. Tsuchiizu, D. Reta Maneru, F. Illas, V. Robert, and K. Awaga
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 137 Issue: 24 Pages: 7612-7615
  • DOI: 10.1021/jacs.5b04180
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photocurrent Generation in Organic Photodetectors with Tailor-Made Active Layers Fabricated by Layer-by-Layer Deposition (2015)
  • Author(s): Vonhoeren, Benjamin; Dalgleish, Simon; Hu, Laigui; Matsushita, Michio M.; Awaga, Kunio; Ravoo, Bart Jan
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 7 Issue: 13 Pages: 7049-7053
  • DOI: 10.1021/am509031u
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ambipolar Transport in Phase-Separated Thin Films of p- and n-Type Vanadylporphyrazines with Two-Dimensional Percolation (2014)
  • Author(s): C. Nanjo, T. Fujimoto, M. M. Matsushita, K. Awaga
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: １１８（２６） Issue: 26 Pages: 14142-14149
  • DOI: 10.1021/jp502056s
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Storage of an electric field for photocurrent generation in ferroelectric-functionalized organic devices (2014)
  • Author(s): L. Hu, S. Dalgleish, M. M. Matsushita, H. Yoshikawa, K. Awaga
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms4279
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thiadiazole Dioxide-Fused Picene : Acceptor Ability, Anion Radical Formation, and n-Type Charge Transport Characteristics (2014)
  • Author(s): Y. Xie, Y. Shuku, M. M. Matsushita, K. Awaga
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 50(32) Issue: 32 Pages: 4178-4180
  • DOI: 10.1039/c3cc49500k
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Giant Magnetoresistance in a Molecular Thin Film as an Intrinsic Property (2014)
  • Author(s): Pilia, Luca; Serri, Michele; Matsushita, Michio M.; Awaga, Kunio; Heutz, Sandrine; Robertson, Neil
  • Journal Title: Advanced Functional Materials Volume: 24 Issue: 16 Pages: 2383-2388
  • DOI: 10.1002/adfm.201303218
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 有機ラジカルの局在スピンに基づくスピン依存伝導 (2016)
  • Author(s): 松下未知雄
  • Organizer: 日本化学会第９６春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] 交差シクロファン型ドナーのイオンラジカル塩における直交する結晶軸間の抵抗の可逆的相互変換 (2016)
  • Author(s): 殿内大輝・松下未知雄・阿波賀邦夫・菅原正
  • Organizer: 日本化学会第９６春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-24
• [Presentation] 交差シクロファンドナーのイオラジカル塩における構造・物性電流の可逆的誘導 (2015)
  • Author(s): 松下未知雄・殿内大輝・阿波賀邦夫・菅原正
  • Organizer: 第24回有機結晶シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学東千田キャンパス（広島市）
  • Year and Date: 2015-11-01
• [Presentation] 有機導電体結晶中の分子構造変形に基づく導電性の可逆的変化・誘導 (2015)
  • Author(s): 松下未知雄・殿内大輝・阿波賀邦夫・菅原正
  • Organizer: 第6j回分子アーキテクトニクス研究会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス（京都市）
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] 環拡大ニトロキシド媒介重合による環状高分子の合成とマクロ構造の解析 (2015)
  • Author(s): 牧野貴明・松下未知雄・阿波賀邦夫
  • Organizer: 第26回基礎有機化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学城北キャンパス（松山市）
  • Year and Date: 2015-09-24
• [Presentation] 交差シクロファン型ドナー・イオンラジカル塩における構造・物性変化の電流による誘導 (2015)
  • Author(s): 殿内大輝・松下未知雄・阿波賀邦夫・菅原正
  • Organizer: 第9回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] ニトロキシド媒介環拡大重合による環状高分子の合成 (2015)
  • Author(s): 牧野貴明・松下未知雄・阿波賀邦夫
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] TTF-TCNQのパイエルス転移に伴うFET 特性と負性微分抵抗 (2015)
  • Author(s): 殿内大輝・松下未知雄・阿波賀邦夫
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス（船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] ３回対称性を持つ有機ドナーラジカルにおけるスピンによる軌道対称性の破れと磁場効果 (2014)
  • Author(s): 松下未知雄、石井雄大、 阿波賀邦夫
  • Organizer: 分子アーキテクト二クス研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（豊中市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-26
• [Presentation] Spin-polarized donors carrying plural paramagnetic spins (2014)
  • Author(s): Michio. M. Matsushita,Yudai. Ishii, Kunio. Awaga
  • Organizer: 5th International Meeting on Spin in Organic Semiconductors
  • Place of Presentation: イーグレ姫路（姫路市）
  • Year and Date: 2014-10-13 – 2014-10-17
• [Presentation] 3つのニトロニルニトロキシドを置換したインドール3量体における軌道対称性と磁場効果 (2014)
  • Author(s): 松下未知雄・石井雄大・阿波賀邦夫
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス（東広島市）
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] 対称環状インドールトリマー誘導体の電子構造と結晶構造及び物性 (2014)
  • Author(s): 松下未知雄、小木曽達哉、石井雄大、加藤篤史、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第23回有機結晶シンポジウム
  • Place of Presentation: 東邦大学船橋キャンパス（船橋市）
  • Year and Date: 2014-09-15 – 2014-09-17
• [Presentation] ELECTRONIC STRUCTURES AND MAGNETIC PROPERTIES OF SYMMETRIC INDOLE TRIMERS CARRYING NITRONYL NITROXIDES (2014)
  • Author(s): Michio. M. Matsushita,Yudai. Ishii, Kunio. Awaga
  • Organizer: The 14th International Conference on Molecule-Based Magnets
  • Place of Presentation: Saint Petersburg, Russia
  • Year and Date: 2014-07-05 – 2014-07-10