2022 Fiscal Year Annual Research Report
Chemistry and Physics of Molecular Systems with Mathematically-Defined Strong Isotropic Lattice Structures
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20H05621
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
阿波賀 邦夫 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10202772)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 一之 大阪大学, 大学院工学研究科, 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, 理学研究科, 准教授 (10302639)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、分子性強等方性構造をもつ物質探索とともに、電子機能および電気化学機能開拓を重点的に行った。実施項目1「分子性強等方性物質の自在合成」においては、昨年後に引き続き、強等方性格子をもつ分子性結晶、MOF/COFおよび二次元単層膜の作製を行った。なかでも、C3対称をもつ立体π共役分子トリプチセン誘導体o-TTを配位子としてもちいたCo錯体において、トリプチセン分子の幾何構造の要請からCoイオンが理想的な三角柱配座を取る珍しい構造であることがわかり、その磁気異方性を実験的に明らかにすることに成功した。また蛍光分子を内包するジャイロイド構造をもつMOFが大きな円偏光発光異方性を示すことを明らかにした。さらに金属基板上の単分子層成長において、アルカリ金属を蒸着することで、大きなドメインを得られたことをSTM観察によって明らかにした。この結果を踏まえ、電子バンド構造の観測のために、実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」において、スピンおよび角度分解光電子分光システムの改造および立ち上げに注力した。また実験に先駆けて、分子性二次元構造体のバンド構造についての理論的な研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を変化させることでフラットバンドの由来やその位置が系統的に変化することを提唱した。実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」においては、酸化還元能をもつ配位子をもつハニカムMOFのESR測定を通して、昨年度提唱したライングラフ物性についての実験的な知見を得ることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在までの進捗状況を、3つの研究項目別に説明する。
実施項目1「分子性強等方性物質の自在合成」においては、昨年後に引き続き、物質探索をおこなっているが、4年目である本年度は実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」および
実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」に重点をおいて研究を進めた。実施項目1 において、Ag基板上にトリプチセン類縁体のハニカム構造の作製に成功しているが、他の構造も共存していることが問題点であった。試料作製条件を検討した結果、アルカリ金属を蒸着することで、ハニカム構造のみの作製に成功した。
実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」において、分子性強等方性物質の電子状態を明らかにするために、有機分子仕様のスピンおよび角度分解光電子分光(SARPES)システムの改造を行い、その立ち上げを行った。その一方、分子性二次元構造体のバンド構造についての理論的な研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を変化させることでフラットバンドの由来やその位置が系統的に変化することを提唱した。これと並行して分子性二次元構造体のバンド構造についての理論的な研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を系統的に変化させることでフラットバンドの由来やその位置が変化することを提唱した。実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」においては、酸化還元能をもつ配位子をもつハニカムMOFのESR測定を通して、Liドーピングを行うことで、不対電子がつくる格子をカゴメ格子からハニカム格子へと連続的に変化させることに成功し、昨年度提唱したライングラフ物性についての実験的な知見を得ることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目別に記載する。
実施項目1「分子性強等方性物質の自在合成」分子性強等方性構造の自在合成を継続する。これまでハニカム格子の作製を主に行ってきたが、Δ型C3対称分子をもちいたK4構造やTd対称分子をもちいたDiamond構造の作製にも挑戦する。また基板表面上の分子性Honeycomb単層膜については、によってそのバンド構造を検証する。
実施項目2「分子性強等方性物質の電子機能」では項目1で合成した系について、それぞれの特性に合わせて磁性、電子物性、光物性を、順次検討するとともに、SARPES装置をもちいて、強等方性に由来したDirac ConeやFlat Bandなどの特異な電子バンドを実験的に直接観測する。 実施項目3「分子性強等方性物質の電気化学機能」では、分子性強等方性物質と炭素材料の複合体を作製し、そのスーパーキャパシターや2次電池の電極材料としての特性を評価する。強等方性物質 内の周期的巨大ナノ空孔が、巨大な蓄電容量と、スムーズなイオン輸送に寄与するかどうかを検討する。また、COFの熱分解によって得られた巨大比表面積ヘテロ 原子ドープ炭素材料についても、これをキャパシタや触媒担持電極として発展させる。
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[Presentation] Spin-polarized band of Tl atomic layer crystal formed on Ag(111)2022
Author(s)
Yuichiro Toichi, Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Koichiro Yaji, Mutsuki Iwaoka, Yuchi Yaoita, Yasmine Sassa, Jun Fujii, Tatsuya Shishidou, Michael Weinert, and Kazuyuki Sakamoto
Organizer
The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spin-polarized band of Tl atomic layer crystal formed on Ag(111)2022
Author(s)
Yuichiro Toichi, Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Koichiro Yaji, Mutsuki Iwaoka, Yuchi Yaoita, Yasmine Sassa, Jun Fujii, Tatsuya Shishidou, Michael Weinert, and Kazuyuki Sakamoto
Organizer
The 4th Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces
Int'l Joint Research
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[Presentation] 2原子層Tlの隠れたスピン偏極電子バンド2022
Author(s)
戸市裕一朗, 小林宇宏, 中田慶隆, 岩岡睦生, 八百板裕智, 矢治光一郎, Yasmine Sassa, 藤井純, 吉田靖雄, 長谷川幸雄, 獅子堂達也, Michael Weinert, 坂本一之
Organizer
2022年度関西薄膜・表面物理セミナー
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[Book] 物理化学入門2023
Author(s)
阿波賀 邦夫
Total Pages
152
Publisher
東京化学同人
ISBN
978-4-8079-2044-0
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