Molecular design to control the giant magnetoresistance effect in iron phthalocyanine based molecular conductors

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02691
• 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: Kumamoto University
• Principal Investigator: Matsuda Masakii 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (80376649)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花咲 徳亮 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (70292761)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 分子結晶 / 磁気抵抗効果 / 強相関系 / フタロシアニン / ポルフィリン / 分子設計 / ラジカル

Outline of Final Research Achievements

Electrically conductive crystals composed of dicyano iron phthalocyanine Fe(Pc)(CN)2 exhibit a large negative magnetoresistance effect. Both the intermolecular antiferromagnetic interaction between the d-spins (S = 1/2) of Fe and the intramolecular magnetic π-d interaction between the π-conducting electrons and the d-spins play an important role in the mechanism of the magnetoresistance effect. In this study, we have constructed a variety of systems with different intra- and intermolecular interactions by using the degrees of freedom regarding the chemical modification of the metal complexes. By investigating the correlation between the modulation of intra- and intermolecular interactions and the magnetoresistance effect, we succeeded in establishing a molecular design guideline to control the giant negative magnetoresistance effect.

Free Research Field

分子固体化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子結晶の機能の発現は未だ偶然に支配されることが多く、それを制御する分子設計を確立することは分子科学における重要な課題の一つである。磁場中で電気抵抗が大きく変化する現象は巨大磁気抵抗効果と呼ばれる。電子のスピンの自由度も活用したエレクトロニクス、いわゆるスピントロニクスの代表例でもあるが、その研究は主に無機化合物を対象に行なわれてきた。分子結晶で発現する大きな負の磁気抵抗効果について、その大きさを制御するための分子設計指針を確立できたことは、分子科学における重要な結果であると同時に新しい分子エレクトロニクスの展開に繋がることも期待される。