2020 Fiscal Year Annual Research Report
Chemistry and Physics of Molecule-based Structures with Strong Isotropic Property
| Project/Area Number |
20H05621
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
阿波賀 邦夫 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10202772)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 一之 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)
内橋 隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354331)
土射津 昌久 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (70362225)
桝 飛雄真 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80412394)
白旗 崇 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (40360565)
山口 明 兵庫県立大学, 物質理学研究科, 准教授 (10302639)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
|
| Keywords | 強等方性 / 立体π共役分子 / 光電子分光 / 固体電気化学 / バンドフィリング制御 / バンド分散 / ラジカル分子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、分子性強等方性構造を構築するための物質開拓を重点的に行なった。C3対称性をもつ立体π共役分子であるトリプチセン類縁体や環状芳香族アミド、球状芳香族アミド、酸化還元部位をもつ三角形分子など合計20種類以上を合成した。その中でフェナジン部位を導入した系では、アクセプター性の付与およびπ共役系の拡張を目指した。結晶構造解析より、分子間π-π相互作用によってハニカム構造を形成しており、直径約1 nmの一次元チャネルが存在していることがわかった。その一次元チャネルを利用して、結晶性を保ったままドナー分子の可逆な吸脱着に成功した。今回の知見は結晶内の空孔へ分子挿入によるドーピングの可能性を示している。さらに本研究では、カゴメ格子を有する金属有機構造体(MOF)の構築を行い、NMRおよび磁化測定などの手法によって、極低温においてスピンギャップ状態にあることを明らかにした。
分子性強等方性物質の電子状態に関する情報を得る手段の１つに光電子分光がある。名古屋大学に有機分子仕様の光電子分光装置を導入した。この装置は、既存の有機分子蒸着槽、電子線回折槽が接続されているため、大気にさらすことなく、サンプル作製、構造解析、角度分解光電子分光の測定が可能である。さらに、走査トンネル顕微鏡（STM）は、強等方性分子の自己集積化構造とその特異な電子状態の解明において、重要な役割を担うものである。現行のSTMの大幅な性能向上を実現し、新規に強磁場極低温用カプセル型STMの開発を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
化学修飾されたC3対称性をもつトリプチセン類縁体を用いて、分子性強等方性構造の作製に成功したことから、本研究で提案している強等方性構造の構築方法論は汎用性が高いことがわかり、より多くの化学種が分子性強等方性構造の構成要素として有望であることがわかった。
また、今まで分子性強等方性構造は、電解結晶化によりラジカルアニオン塩の単結晶として得られており、表面の汚れの影響や試料の帯電により光電子分光測定や走査トンネル顕微鏡での観察が難しいことが問題点であった。今回、共役系を拡張したトリプチセン分子が、結晶中で中性状態にもかかわらず分子間π-π相互作用によってハニカム格子を形成することがわかり、さらに昇華性をもつことから真空蒸着による試料作製が可能となった。また予備的な結果ではあるが、すでに走査トンネル顕微鏡によって、金単結晶基板上にハニカム格子を形成していることを確認しており、結晶中だけでなく、基板上でも同様の構造を形成することがわかっている。以上のことから、分子性強等方性物質の電子状態の観測における問題点の１つを解決することが出来たと言える。
電子状態の観測のための光電子分光装置および走査トンネル顕微鏡の両方について、コロナ禍により多少の装置納入の遅延はあったものの、問題なく装置の立ち上げに着手できている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
引き続き分子性強等方性物質の構築のための物質開発を行う。強等方性格子の形成のための分子設計指針が固まりつつあり、トリプチセン類縁体だけでなく、環状芳香族アミドなどC3対称性をもつ他の化学種にも対象を広げる。さらに化学修飾により、酸化還元部位や光官能基、発光部位を組み込むことで、機能性の付与にも挑戦する。
同時に、得られた分子性強等方性物質の電子状態を明らかにするために、名古屋大学に導入したデフレクター付角度分解光電子分光装置（有機分子仕様）および物質・材料研究機構に導入した強磁場極低温用カプセル型STMの立ち上げを完了する。角度分解光電子分光により面内方向のバンド分散の観測を行う。面外方向のバンド分散やより分解能の高い光電子分光のデータが必要な場合は、放射光を利用する。さらに得られた分子性強等方性物質の磁性、伝導性および光物性を明らかにする。特に強等方性格子とライングラフの関係にあるフラストレーション格子は極低温まで磁気的秩序を持たないことが予想されるため、極低温における磁性や比熱には興味が持たれる。
また反応場としての強等方性物質として、分子性強等方性構造内部への活物質導入や高分子とのハイブリッド化を図り、蓄電材料の性能構造を目指す。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] 圧力下点接合分光測定によるCeCoIn5の超伝導ギャップの圧力依存性の研究2021
Author(s)
別所拓実, 國中柾希, 本山岳, 武藤哲也, 西郡至誠, 三好清貴, 藤原賢二, 郷地順, 山口明, 住山昭彦, 上床美也
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
-
-
[Presentation] EuSn2As2の合成とEu価数の探索2021
Author(s)
高橋龍之介, 谷佳樹, 永澤延元, 池田修悟, 北尾真司, 瀬戸誠, 大槻太毅, 吉田鉄平, 高木康多, 保井晃, 山口明, 住山昭彦, 小林寿夫, 和達大樹
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
