Development of precision synthesis method for iron carbide clusters and elucidation of anomalous magnetism

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01756
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Chitose Institute of Science and Technology (2023); Tohoku University (2021-2022)
• Principal Investigator: Wakizaka Masanori 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (00786840)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 炭化鉄 / クラスター / 金属錯体 / 磁性

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to establish a precise synthesis method for iron carbide clusters having ferromagnetism and to elucidate the magnetic mechanism. Furthermore, to understand such extremely small magnet properties, this work synthesized and elucidated the quantum magnetic properties of single molecule magnets, single ion magnets, and spin qubits. This work achieved the following four main results: (1) Elucidation of magnetism of iron carbide clusters supported on the graphitic carbon support, (2) Synthesis and elucidation of magnetic of anionic polynuclear complexes using citric acid ligands, (3) Synthesis and elucidation of quantum magnetisms of Co(II)- and Cu(II)-doped metal-organic frameworks (4) Synthesis and elucidation of quantum magnetism of Cu(II) one-dimensional chain compounds.

Free Research Field

錯体化学・材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ハードディスクの心臓部である磁気記憶素子にはナノサイズの磁石が使われている。ナノ磁石1つ1つに0または 1の情報が保存されるため、磁石をより小さくすれば記憶密度と容量が向上する。しかしやっかいなことに、磁石 をナノレベルまで小さくすると超常磁性と呼ばれる磁気現象が現れ、室温ではもはや磁石として働かなくなってしま う。従来のナノ磁石よりもさらに小さいクラスター磁石を作ることができれば、次世代の超高密度磁気記憶素子として社会の発展に大きく貢献できる。本成果により炭化鉄とグラファイト担体の相互作用が磁力を増強する効果があることがわかり、今後のナノ磁石やクラスター磁石開発に資すると期待される。