Development for two-dimensional layered organic ferromagnets

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22538
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Kanetomo Takuya 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (70811876)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 分子磁性 / 有機ラジカル / スピロ化合物

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to establish a molecular design that simultaneously satisfies both molecular and spin arrangements in solids for the practical application of ferromagnets (organic magnets) composed entirely of organic materials. We have synthesized novel paramagnetic spiro compounds with molecular symmetry in addition to the periodicity of π-conjugation. In particular, a hexaradical, which has six radical sites in one molecule, showed a ground triplet spin state by means of magnetic measurements. This finding suggests that ferrimagnetic and ferromagnetic interactions for two cyclic moieties and the whole molecule, respectively.

Free Research Field

構造有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一般に不安定と知られる有機ラジカル化合物において、複数のラジカル部位を持つオリゴラジカルの開発は未だ挑戦的な課題である。本研究ではスピロビアクリジンを母骨格に6つのラジカル部位の挿入に成功した。アクリジン環の2,7,10位にニトロキシドを挿入したトリラジカルは量子化学計算より、SOMOとHOMOのエネルギー準位が逆転した興味深い電子状態が示唆されており、ヘキサラジカルはSOMO-HOMO準位が逆転したユニットが2つ直交した分子構造である。このような特異な電子状態から成る常磁性スピロ化合物は未だ報告例が無いため、分子構造と電子状態の相関を詳細に解明する本研究は学術的に意義深い。