2017 Fiscal Year Research-status Report
強い分子間π－ｄ相互作用を持つ金属フタロシアニン混晶の作製法と新規磁性材料の開発
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16K05751
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
隅本 倫徳 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40414007)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 複合物性 / 混晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，申請者らが確立した，結晶構造と同じ分子配列を示す金属フタロシアニン（MPc）二量体および三量体から結晶構造の物性を評価する計算化学的手法を用いて，異なる二つのMPcの混晶構造を構造最適化し，その分子配列，分子間π-d 電子相互作用の強さ，および新規複合物性発現の可能性を評価することを目的としている。平成28年度に行ったLiPc-CuPc混晶の分子間π-d 電子相互作用が弱いことがわかったため，平成29年度は，CuPcに変わる分子として同様に不対電子を持つFePcを取り上げ，①LiPc結晶構造を参考にしてFePcとLiPcからなる混晶二量体のモデル構造の作成および構造最適化計算，および②分子間相互作用の有無を含めたそれらの物性評価，を行った。
LiPcのX-form結晶系の一分子をFePcに置き換えたモデル二量体 (X-LiFe) について、構造最適化を行った。X-LiFe二量体では、二重項と四重項の二つのスピン多重度のものを計算した。X-LiFe二量体（四重項）において、Pc環の二面間距離は3.192 Åと計算され、過去に報告したLiPc X-type dimerのそれ（3.095 Å）より約0.1 Åほど長いが、分子間相互作用がみられる距離であると考えられる。一方、X-LiFe二量体（二重項）において、二面間距離は3.209 Åと計算され、四重項のものよりわずかに長いが、分子間相互作用はみられる系であると推測できる。これらのエネルギーを比較したところ，二重項の方が9.0 kcal/molほど安定であった。得られたX-LiFe二量体（二重項）構造を用いて、励起エネルギー計算を行った。この二量体では、LiPc二量体よりも吸収スペクトルの複雑化が見られ，さらに，LiPcでは見られない吸収帯が、1.06, 1.4～1.6 eV付近に得られることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CuPcとLiPcを用いて，分子間π-d電子相互作用を持つ混晶構造を理論計算によって設計および物性評価し，さらに設計した混晶構造を作製する実験的手法，分子配列の制御とその評価方法を確立させ新規磁性材料を開発する，という研究目的を達成するために，平成29年度は，CuPcとLiPcからなる混晶モデル四量体の構造最適化および物性評価計算を行う予定としていた。しかし昨年度予測したLiPc-CuPc混晶の分子間π－d電子相互作用が弱いと見積もられたため，分子を一部変更することになった。しかし新たに計算したLiPc-FePc混晶の方が相互作用は強く，よりよい複合物性を発現させる可能性が高くなったことから，本研究課題は，現在のところ研究計画の前後はあるもののおおむね順調に進行していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の課題は，実験による混晶モデル二量体の混晶膜の作製である。現在得られているLiPc結晶構造をモデルとしたFePcとLiPcのモデル二量体は計算結果からも二分子間の相互作用が強い混晶であるため，実験的にも作成可能かどうかを確認する必要がある。まずは，真空中で2種類のMPcを共蒸着させる。これにより，低温で両者が混合したアモルファス状態の膜を作製することが可能であると考える。これらをアニールすると，条件によっては混晶になる可能性がある。混晶構造の膜作製には実験における条件設定が重要になるため，連携研究者とのディスカッションを密に行い，適切な実験条件を確立させる。
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| Causes of Carryover |
コンピュータ消耗品として予算を計上していたが，本年度は大きな故障や消耗品の劣化がわずかに少なかったため、若干の差額が出た。差額は、次年度のコンピュータ消耗品として使用することを予定している。
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Research Products
(1 results)
