Development of time-resolved x-ray absorption spectroscopy for light and thermal induced spin-crossover complexes

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15580
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute (2022); Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (2019-2021)
• Principal Investigator: Yamagami Kohei 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, テニュアトラック研究員 (50823829)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 遷移金属錯体 / 軟X線吸収分光 / 電子状態 / スピンクロスオーバー / 配位子場

Outline of Final Research Achievements

This research project focuses on spin-crossover (SCO) complexes, which are the most promising hybrid spin/molecular/optical devices, and reveals element-selective electronic states using soft X-ray absorption spectroscopy (XAS). From XAS for Fe-based coordination polymers, we succeeded in observing the temperature dependence of the Fe 3d crystal field splitting above the SCO transition temperature due to the joint effect of the system. XAS for Co-based octacyano complexes revealed the effect of water molecules in hydrates on the SCO phenomenon. From XAS of low-crystalline coordination polymers, the origin of the control of molecular adsorption/desorption properties by the ligand field was elucidated. With this assignment, we developed a method to observe the symmetry and electronic structure of the local structure, which has been difficult to do in the past.

Free Research Field

物性物理学、放射光分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題によって、元素別の局所電子状態の視点から、遷移金属錯体の物性の起源を明らかにする研究手法を確立することに成功した。特に、結晶学的手法を用いた探究が困難であると認識されてきた、低結晶性錯体に対する物性起源の取り組みに軟X線分光という新たな分析方法を示せたことに学術的意義を見出している。一方で、遷移金属元素の電子状態を直接、分析できる軟X線吸収分光を汎用的な化学分析手法として、水素生成触媒や単分子磁石など化学的、物理的性質に富む遷移金属錯体の次世代デバイスの開発に不可欠な基盤技術に昇華することができた点に、大きな社会的意義を見出している。