分子磁性の超分子的制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640575
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 石田 尚行 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (00232306)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野上 隆 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (80029280)
• Keywords: 分子性磁性体 / 集積型金属錯体 / 超分子科学 / 多孔質 / 弱強磁性体

Research Abstract

有機・分子性磁性体を題材にして、超分子手法を用いて強磁性的-反強磁性的相互作用をスイッチしたり、分子の基底スピン多重度を変化させたり、スピンを発生あるいは消滅させるといったような、動的に磁性を制御することを目指した。超分子手法とは、ホスト・ゲスト分子間の比較的弱い相互作用や反応、小さな分子の吸着脱離、あるいはケージ内反応などを指す。
ピリミジン(PM)およびN_3^-の架橋配位子を用いた遷移金属錯体では磁気相転移温度が50K級のものが得られた。この一つである[Fe(PM)(N_3)_2]に光照射すると、磁化が約20倍に増大した。この架橋配位子としてN(CN)_2^-を用いた錯体では単結晶一粒で磁化を測定できるだけの大きさをもつ。そこで格子間に貫入するゲストをいろいろ変えた化合物に対して磁化の異方性を測定することにより、このような化合物群が弱強磁性挙動を示すことの原因を考察した。スピンクロスオーバー現象を見せる鉄(II)錯体から誘導して、スピン-スピン磁気的相互作用をスイッチできるようなLIESST(光誘起励起スピン状態トラップ)錯体の開発を試みた。
また、バルクの磁性体の開発と平行して、イオン分析やpH分析試薬となるようなニッケル(II)錯体の開発を行った。この錯体は具体的にはニッケル配位環境に近接してクラウンエーテル部分を持たせてあり、特定のイオンを包接したときにだけ、ニッケルイオンの基底スピン量子状態やニッケルイオン間の磁気的相互作用を変換できるように設計されている。実際にバリウムイオンの包接の有無により、2つのニッケルイオン間の相互作用を強磁性的・反強磁性的に変換させることができた。さらに気体吸蔵性能をめざしたナノサイズハニカム格子状の多孔質錯体も合成した。磁性体合成の過程でβ-シクロデキストリンに塩化銅がインターカレートした物質を得て、この構造を同定した。これは無修飾のシクロデキストリンが金属イオンを担持した珍しい例であった。

Research Products

• [Publications] K.Doi 他2名: "Nitronyl Nitroxide Substituted Aniline o-APNN with a Three-Dimensional Hydrogen Bond Network Showing Ferromagnetic Interaction"Chemistry Letters. 32. 544-545 (2003)
• [Publications] C.Aoki 他2名: "Metamagnetic Behavior of [Ni(4ImNNH)_2(NO_3)_2] Having a Ground High-Spin State (4ImNNH = 4-Imidazolyl Nitronyl Nitroxide)"Inorganic Chemistry Communications. 6. 1122-1125 (2003)
• [Publications] Y.Kobayashi 他3名: "Rectangular tetragadolinium complex ion with a ground S = 27/2 state containing bis(dimethylglyoximato)copper(II) as a ferrimagnetic exchange coupler"Chemical Physics Letters. 378. 337-342 (2003)
• [Publications] T.Ise 他4名: "Ferro- and Ferrimagnetic Chains of hin-Bridged Copper(II) and Manganese(II) and hnn-Bridged Manganese(II) Complexes"Inorganic Chemistry. 42. 6106-6113 (2003)
• [Publications] T.Ishida 他2名: "A Self-Assembled Helix from 4,6-Dimethylpyrimidine and Copper(II) Bromide"Chemistry Letters. 32. 1018-1019 (2003)
• [Publications] C.Aoki 他2名: "A Molecular Metamagnet [Ni(4ImNNH)_2(NO_3)_2] (4ImNNH = 4-Imidazolyl Nitronyl Nitroxide) and the Related Compounds"Inorganic Chemistry. 42. 7616-7625 (2003)
• [Publications] S.Yamada 他2名: "Supramolecular triangular and linear arrays of metal-radical solids using imino-nitroxide-substituted pyrazolate bridges"Dalton Transactions. 2004. 898-903 (2004)
• [Publications] N.Takagami 他2名: "Single-Crystal Magnetic Study on Guest-Tunable Weak Ferromagnets [M(N(CN)_2)_2(pyrimidine)](guest) (M = Fe, Co)"Bulletin of the Chemical Society of Japan. 76(印刷中). (2004)
• [Publications] R.Feyerherm 他9名: "Weak ferromagnetism with very large canting in a chiral lattice : (pyrimidine)_2FeCl_2"Physical Review B. 69(印刷中). (2004)
• [Publications] M.Seino 他3名: "Magnetic Properties of 9,9-Disubstituted 9, 10-Dihydroacridine-10-yloxyls"Synthetic Metals. 133-134. 581-583 (2003)
• [Publications] T.Matsuyama 他3名: "Hybrid Magnetic Solids of Radical-Substituted Heteroaromatic Compounds with Metal Halides"Synthetic Metals. 133-134. 611-613 (2003)
• [Publications] G.Maruta 他5名: "Low Temperature Deuterium NMR Studies on Magnetism of TEMPO Derivatives"Synthetic Metals. 133-134. 577-579 (2003)
• [Publications] T.Ise 他2名: "Hydroiminonitroxide Complexes with Metal Hexafluoroacetylacetonates"Synthetic Metals. 137. 1281-1282 (2003)
• [Publications] T.Ishida 他2名: "Host-guest chemistry of radical-copper wheels. A supramolecular control of magnetic exchange coupling"Polyhedron. 22. 2133-2138 (2003)
• [Publications] T.Ichimura 他4名: "meta-Phenylene-bridged bis(imino nitroxide) biradicals as potential high-spin ligands"Polyhedron. 22. 2557-2564 (2003)
• [Publications] T.Asano 他8名: "Effect of staggered field in S = 1/2 antiferromagnetic chain : copper pyrimidine"Physica B : Condensed Matter. 329. 1006-1007 (2003)
• [Publications] 石田尚行 他1名: "超分子的に制御できる分子磁性"日本応用磁気学会誌. 27. 811-816 (2003)