2013 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
23245027
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂井 賢一 千歳科学技術大学, 光科学部, 准教授 (50342788)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | 分子運動 / 強誘電体 / 柔粘性結晶 / 液晶 / 分子モーター / 超分子 / 磁性体 / ガス吸着 |
|---|
| Research Abstract |
分子性結晶中の分子運動を設計し、それに伴うマクロな新規物性の出現を目指した研究を実施した。すでに、 (m-fluoroanilinium)(dibenzo[18]crown-6)[Ni(dmit)2]結晶中のm-fluoroaniliniumカチオンのフリップ－フロップ運動に伴う分極反転から実現する強誘電体－常誘電体転移について報告している。昨年度は、極性配位子を有する新規な金属錯体ポリマー [Cu2(R-Benzoate)4(pz)]に着目し、CO2ガス吸着下における誘電率の温度依存性に関する評価を実施し、極性配位子の分子運動とガス吸着が連動した誘電応答を見いだした。また、球状の分子構造を有するアダマンタン誘導体の結晶中における分子回転運動に着目した、バルク物性との融合を検討した。2-アザアダマンタン-N-オキシルラジカル単結晶の温度可変偏光顕微鏡観測、単結晶Ｘ線結晶構造解析および誘電率測定から、相転移に伴う結晶構造と固体内分子運動の相関について明らかにするとともに、外部刺激によるスイッチングについて検討を行った。結晶の低温相における空間群Pbcnであり、原子位置・分子配向にディスオーダーは観測されなかった。一方、300 K における空間群はFm3mであり、配向のディスオーダーが観測された。比誘電率測定においても大きなヒステリシスを伴う変化が観測され、低温相では凍結していた分子回転運動が高温相への転移で熱励起され、配向分極により大きな誘電率の変化を示したものと考えられる。2-アザアダマンタン-N-オキシルラジカルは、S=1/2のスピンを有する分子であることから。そのバルク状態は磁性を有し、また磁気相転移に伴う光学的特性の変化が生じる。誘電率の変化は、磁性および光学的特性の変化も同時に誘起する事から、磁性－光学特性－誘電特性が互いに相関した多重機能性材料であることを示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度は、分子集合体中の分子運動とバルク物性の融合に関して、新規な動作原理に基づく誘電秩序（反強誘電体および強誘電体）の実現を目標とした物質開発を中心に研究を実施した。極性配位子を有する新規な金属錯体ポリマーである[Cu2(R-Benzoate)4(pz)]系に関しては種々の測定から、CO2吸着とチャネル構造の変化に伴う誘電応答の出現が確認された。これは、当初目的としていた新規な外場と物性応答を連動させた新概念に基づくシステムを実現できたと言え、研究実績として高く評価できる。また、共同研究者である千歳科学技術大学の坂井からもプロトン移動と関連する発光材料に関して多くの研究成果が出され、国際的に評価の高い学術誌での論文発表を実施するに至っている。物質開発の観点からは、液晶性材料と柔粘性結晶に着目した検討を実施した。多置換ベンゼン誘導体のパイスタック構造とin-plane回転運動とが連動した誘電物性が物質設計の観点から明らかとなった。導入する置換基の位置と数によりin-plane回転運動が支配されることが示された。また、メタ置換ベンゾアート塩が示すスメクチック液晶性化合物の相転移挙動と巨大誘電応答に関する研究から、液晶状態におけるイオン伝導性の寄与が誘電応答に反映されている事実が示された。結果、2012年度は14報の論文発表を行い、学会発表に関しても国内学会53件と国際学会34件の成果発表を実現した。研究成果のアピールに関しても着実な活動を実施しできた点は高く評価できる。また、誘電率をプローブとした分子集合体における動的性質の評価も、多くの研究者に幅広く認知され共同研究の数も年々増加している（北大、山形大学、千葉大、東京理科大、広島大、分子研、東工大、山口大、熊本大など）。今後も、分子性材料の物性研究の進展のために、積極的に共同研究を実施する予定である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2014年度が、本研究の実施最終年度となることから、これまでの蓄積されたデータを総括し、分子設計と分子集合体中の分子運動や物性応答の観点から研究総括を実施する。物質開発に関しては、in-plane分子ローターや液晶性の分子ローターなどの興味深い化合物が開発できたことから、今後とも継続的に新規な材料の開発を進行する予定である。また、いくつかの材料で電場-分極ヒステリシスを示す強誘電体の開発に成功していることから、その薄膜化にともなう強誘電体メモリー材料への応用を試みる。物性測定に関してもCO2や水などの種々の分子を導入した環境下での誘電率評価が可能となった事から、新たな物質系を用いた物性評価を実施する。また、千歳科学技術大学の坂井から提供されたイミダゾール系の水素結合性分子性結晶の水素結合とプロトン化状態の解明に関する研究を総括する。水分子の吸脱着に伴う結晶構造の変化が示唆されることから、水分子の導入と誘電応答の送相関についての検討を実施する。また、スメクティック液晶性のベンゾアート塩や面内回転型の６置換ベンゼン誘導体に関しても、ほぼすべての重要な実験データが揃ったことから、分子集合体中の分子配列様式と誘電応答に関するメカニズムを詳細に検討し、最終的な総括を行う。薄膜試料の誘電物性の評価は、液晶セルを用いた偏光顕微鏡観測と誘電物性の同時測定システムの構築から、多彩な物質の誘電物性およびドメイン構造の変化までをリアルタイムで観測可能となった。本年度は、研究総括の観点から多くの研究成果を論文発表することを中心に研究を実施する。また、国内外における学会発表から積極的な研究成果のアピールに努める。
|
Research Products
(29 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Graphene Oxide Nanosheet with high proton conductivity2013
Author(s)
M. Karim, K. Hatakeyama, M. Kazuto; T. Matsui, H. Takehira, T. Taniguchi, M. Koinuma, Y. Matsumoto, T. Akutagawa, T. Nakamura, S. Noro, T. Yamada, H. Kitagawa, S. Hayami
-
Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 135
Pages: 8097-8100
DOI
Peer Reviewed
-
[Journal Article] The Effect of Doping a Molecular Spin Ladder with Non-Magnetic Impurities2013
Author(s)
S. Nishihara, X. Zhang, K. Kunishio, K. Inoue, X. -M. Ren, T. Akutagawa, J. Kishine, M. Fujisawa, A. Asakura, S. Okubo, H. Ohta, T, Nakamura
-
Journal Title
Dalton Transactions
Volume: 42
Pages: 15263 - 15266
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
