2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of time-resolved x-ray absorption spectroscopy for light and thermal induced spin-crossover complexes
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19K15580
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| Research Institution | Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University |
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Principal Investigator |
山神 光平 沖縄科学技術大学院大学, 量子物質科学ユニット, ポストドクトラルスカラー (50823829)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 遷移金属錯体 / X線吸収分光 / 電子状態 / スピンクロスオーバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
遷移金属錯体において発現する物性は遷移金属イオンの電子状態と極めて密接な関連を持ち、その特徴を引き出すことはデバイスへの応用に際して極めて重要である。架橋配位子を用いたスピンクロスオーバー錯体は遷移金属サイトの結晶場効果の変化によってスピン転移の様子が変化することが示唆されており、このような電子状態が生み出す特異な電子物性が注目を浴びている。従来、X線回折などから得られる分子/結晶構造の変化から遷移金属イオンの結晶場効果が議論されているが、元素特異的な実験手法によるエネルギースケールから電子状態と物性の関連を調べる動きが活発化している。 代表者は、軟X線吸収分光を駆使して機能性材料として応用が期待されているスピンクロスオーバー錯体の電子状態研究を通じて、遷移金属錯体の物性と電子状態の関連を解明することを目的とする。
本年度は光電子スペクトルの温度依存性を詳細に調べると同時に、X線吸収分光を用いた低温測定の実現可能性について検討した。そして、イオンモデルに基づいて、室温の高スピン状態における遷移金属イオンの結晶場分裂幅を評価した。X線光電子分光の結果、スピンクロスオーバー転移による試料の色の変化を可視することに成功し、内殻光電子スペクトルにおいて温度依存性を観測した。しかし、低エネルギー分解能とX線の長時間入射(およそ半日)による表面劣化の影響によって、再現性と統計精度が低い光電子スペクトルであることが明らかになった。そこで、代表者はSAGA-LS BL12に常設されているX線吸収測定装置を用いて、液体窒素を用いた低温における吸収スペ クトルの観測を試みた。低温では試料の絶縁性が上がるため、吸収スペクトル強度の大幅な減少が懸念されたが、光電子スペクトルと比べて、再現性と統計精度が高い吸収スペクトルの観測に成功し、X線吸収分光の温度依存測定を行うための方針を獲得した。
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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
本年度は光電子スペクトルの温度依存性を詳細に調べると同時に、X線吸収分光を用いた低温測定の実現可能性について検討した。加えて、イオンモデルに基づいた遷移金属イオンのスペクトル計算を実施し、室温の高スピン状態における結晶場分裂幅の定量評価を行った。Al線を用いたX線光電子分光の結果、温度変化によってスピンクロスオーバー転移による試料の色の変化を可視することに成功し、内殻光電子スペクトルにおいてヒステリシスを描くような温度依存性を観測した。しかし、低エネルギー分解能とX線の長時間入射(およそ半日)による表面劣化の影響によって、再現性と統計精度が低い光電子スペクトルであることが明らかになった。そのため、X線吸収測定が唯一の非破壊電子状態観測を実現する上で欠かせないことが明らかにした。代表者はSAGA-LS BL12に常設されているX線吸収測定装置を用いて、液体窒素を用いた低温における吸収スペ クトルの観測を試みた。低温では試料の絶縁性が上がるため、吸収スペクトル強度の大幅な減少が懸念されたが、光電子スペクトルと比べて、再現性と統計精度が高い吸収スペクトルの観測に成功した。本年度の活動により、X線吸収分光の温度依存測定を行うために必要な実験条件を確立することに成功した。最終年度は温調が行える実験環境を整備し、スピンクロスオーバー転移に伴うスペクトルの詳細な変化を調べ、スペクトル計算を用いた結晶場分裂解析を行い、本研究活動の総括を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は温調が行えるX線吸収測定環境を整備し、スピンクロスオーバー転移に伴うスペクトルの詳細な変化を調べていく。合わせて、イオンモデルに基づいたスペクトル計算によって結晶場分裂幅の定量化を行い、スピン-軌道自由度の評価を考察する。
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