強磁性ならびに反強磁性を示す有機高分子の電子状態に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04242214
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山邊 時雄 京都大学, 工学部, 教授 (80025965)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 一義 京都大学, 工学部, 助教授 (90155119)
• Keywords: 強磁性 / 反強磁性 / 磁性高分子 / ポリ(mーアニソン) / ポリ(フェニルニトレン) / 1,3,5ートリアミノベンゼン / 電子状態 / スピン状態

Research Abstract

本研究は、特異な磁気物性、特に強磁性あるいは反強磁性を示す有機高分子の分子設計ならびに電子状態の理論的解明などを目的として実施したもので、その研究実績の概要は以下のようである。
(1)安定な強磁性有機高分子として期待できるポリ(m-アニリン)の分子設計を行い、併せてその電子状態、特にスピン状態の解析を非制限ハートリー・フォック法に法づく結晶軌道法によって行った。その結果、本ポリマーの適当な酸化により、主として窒素原子上に強磁性的スピン相関を示す電子状態をとりうることが明らかとなった。またポリマー鎖中のフェニル基への適当な置換基導入により、スピン状態の制御を行いうることも明らかとなった。
(2)有機強磁性体としての潜在的可能性を有する、何種類かのポリ(フェニルニトレン)の電子状態および磁気的性質についての解析俎、非制限ハートリー・フォック法に基づく結晶軌道法によって行った。その結果、π性スピンはベンゼン環中をスピン分極を伴いながら非局在化しており、長距離磁気的秩序配列が可能であることが明らかとなった。一方、σスピンは1価の窒素上に比較的局在化していることも明らかとなった。以上により、ポリ(フェニルニトレン)はポリ(mーフェニルカルベン)と同様に、強磁性ポリマーの有効な候補でありうることが結論された。
(3)3回対称性を有する非ケクレ有機分子に対して、非経験的分子軌道法を用いてその高スピン状態の理論的解析を行った。1,3,5ートリメチレンベンゼン及び1,3,5ートリアミノベンゼンのトリカチオンは、ほぼ縮退した3つの非結合軌道を持ち、4重項状態はヤーン・テラー変形した2重項状態より安定で、基底4重項であることが明らかとなった。これは別途得られている実験結果ともよく一致している。

Research Products

• [Publications] K.Yoshizawa: "Crystal Orbital Study of Ferromagnetic State of Poly(m-aniline)" Polymer Journal. 24. 857-864 (1992)
• [Publications] K.Yoshizawa: "Crystal Orbital Study on Poly(phenylnitrene)s as Potential Organic Ferromagnets" Synthetic Metals. 52. 377-382 (1992)
• [Publications] K.Yoshizawa: "Quartet States of Non-Kekule Molecules 1,3,5-Trimethylenebenzene and 1,3,5-Triaminobenzene" Chemical Pgysics Letters. 202. 483-488 (1993)
• [Publications] K.Yoshizawa: "Unrestricted Hartree-Fock Method for Infinite Systems with Antiferromagnetic Array:Analysis of Antiferromagnetic State of trans-Polyacetylene" International Journal of Quantum Chemistry. 45. 391-400 (1993)