Control of Molecular Arrangement in Crystals and Functional Exploration Using Supramolecular Structures

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01949
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Nakamura Takayoshi 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60270790)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超分子 / 誘電性 / 極性結晶 / 磁性 / マルチフェロイック

Outline of Final Research Achievements

In crystalline molecular materials, not only the structure and electronic state of individual molecules, but also the molecular arrangement within the crystal is the root of functional expression. The molecular arrangement within a crystal is fundamentally determined by intermolecular interactions. Supramolecular structures are generated when multiple molecules assemble through intermolecular interactions. Therefore, it is natural to design crystals using supramolecular structures as a starting point. In this study, we constructed a dynamic space of molecules using extremely flexible supramolecular structures while utilizing the symmetry of crystals, and developed functionalities, such as ferroelectricity, that are manifested by the dynamic processes of molecules in crystals. The validity and universality of this approach were clearly demonstrated.

Free Research Field

有機電子材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分極反転を伴う強誘電転移、結晶内でのプロトン移動に基づくイオン伝導、結晶内でのトポケミカル反応による絶対不斉合成、固相フォトクロミズムなど、結晶内のイオンや分子の動的過程に着目した機能開拓は極めて重要な科学技術分野を形成する。これら機能の発現には、結晶内において分子やイオンの動的な空間を確保する必要があり、物質開発のネックとなっている。本研究は、フレキシブルな超分子構造を利用して、動的空間を有する分子集合構造を結晶内において自在に構築し、結晶の対称性と結晶内での分子の動的過程を制御すできることを示した。本手法により、誘電性・磁性・光機能等、多様な物性・機能を開拓することが可能となる。