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2012 Fiscal Year Annual Research Report

電子とプロトンが相関した単一分子種有機伝導体の物性制御

Research Project

Project/Area Number 24340074
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

森 初果  東京大学, 物性研究所, 教授 (00334342)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上田 顕  東京大学, 物性研究所, 助教 (20589585)
磯野 貴之  東京大学, 物性研究所, 研究員 (70625631)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2016-03-31
Keywords分子性導体 / 水素結合 / プロトン-電子相関系 / 単成分伝導体 / スピン液体 / 超伝導 / 重水素効果 / 誘電応答
Research Abstract

生体系のエネルギー・変換で知られている電子伝達系では、電子伝達により生体膜内外におけるプロトンの濃度勾配を作ることにより、ATPを生成している。このようなエネルギー変換はキノンプールで行われているが、本課題でもキノン-ヒドロキノン系のカテコールを利用して、電子とプロトンが動的にカップルした系の合成に成功し、新電子物性および新機能性の創出に繋げることを目指している。
具体的な本研究の目的は、以下である。
(1)プロトンと電子が相関する有機分子、カテコール誘導体(Cat-EDT-TTF)を用いた単成分純有機伝導体κ-H3(Cat-EDT-TTF)2およびその重水素体の結晶構造、伝導性、磁性、誘電性、分光スペクトルの測定を行い、
(2)表題物質の、プロトンと電子のダイナミクスおよびその相関を明らかにし、
(3)スピン液体およびエキシトン超伝導超伝導の出現を最終的な目標としている。
平成24年度は、構成成分であるカテコール誘導体(H2Cat-EDT-TTF)の高収率な6ステップの合成と高品質な単成分純有機伝導体κ-[H3(Cat-EDT-TTF)2]の単結晶の育成を計画した。まず、その構成分子であるカテコール誘導体(H2Cat-EDT-TTF))の合成過程を検討することにより、収率向上を行うことができた。さらに、それを原料として、定電流電解法で、高品質な結晶育成の条件(温度、溶媒の種類と量、結晶セルの形状、電気化学的成長のための印加電流値、電極の表面と形状、結晶成長インキュベータの選定)を絞り、1mm程度と良質でかつ大きさも物性測定に十分な単結晶育成を成長させることに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

単成分純有機伝導体κ-[H3(Cat-EDT-TTF)2]の構成分子であるH2Cat-EDT-TTFの高収率な6ステップにわたる合成法の確立に加え、軽水素体でも高品質で、十分な大きさの結晶を得ることに成功した。

Strategy for Future Research Activity

良質で、十分な大きさの軽水素体単結晶κ-[H3(Cat-EDT-TTF)2]を得ることができたので、重水素体単結晶κ-[D3(Cat-EDT-TTF)2]も作成し、構造、電子物性を比較検討ことが必要である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

良質で、十分な大きさの重水素体単結晶κ-[D3(Cat-EDT-TTF)2]も作成し、放射光を用いた詳細な結晶構造解析、および基礎物性を行い、軽水素体と比較検討して、電子-プロトンの相関を検討する。効率的な合成実験が行われたために計上された次年度使用の助成金については、重水素体の合成、単結晶育成の物品費、および物性測定の寒剤費にあてる。

  • Research Products

    (34 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 11 results) Presentation (22 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Synthesis and Properties of Catechol-fused Tetrathiafulvalene Derivatives and their Hydrogen-bonded Conductive Charge-transfer Salts2013

    • Author(s)
      H, Kamo
    • Journal Title

      Tetrahedron Lett.

      Volume: 53 Pages: 4385-4388

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2012.06.020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrogen bond-promoted metallic state in a purely organic single-component conductor under pressure2013

    • Author(s)
      T. Isono
    • Journal Title

      Nature Commun.

      Volume: 4 Pages: 1344-1349

    • DOI

      10.1038/ncomms2352

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pyridone derivatives carrying radical moieties: Hydrogen-bonded structures, magnetic properties, and metal coordination2013

    • Author(s)
      M. Ueda
    • Journal Title

      Polyhedron

      Volume: 52 Pages: 755-760

    • DOI

      10.1016/j.poly.2012.07.056

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of a field effect transistor structure using charge-ordered organic2013

    • Author(s)
      M. Kimata
    • Journal Title

      Synthetic Metals

      Volume: (掲載確定)

    • DOI

      10.1016/j.synthmet.2013.02.011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of chiral molecular crystals2012

    • Author(s)
      S. J. Krivickas
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi C

      Volume: 9 (5) Pages: 1146-1148

    • DOI

      10.1002/pssc.201100728

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermoelectric and thermal properties of novel kappa-type organic conductors as thermoelectric materials2012

    • Author(s)
      H. Yoshino
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi C

      Volume: 9 (5) Pages: 1193-1195

    • DOI

      10.1002/pssc.201100658

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetism in crown-ether-substituted nitronyl nitroxide derivatives and their metal complexes2012

    • Author(s)
      T. Sugano
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi C

      Volume: 9 (5) Pages: 1205-1207

    • DOI

      10.1002/pssc.201100647

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectroscopic characterization of charge order fluctuations in BEDT-TTF metals and superconductors2012

    • Author(s)
      A. Girlando
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi B

      Volume: 24 Pages: 953-956

    • DOI

      10.1002/pssb.201100722

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reversible iodine absorption by alkali-TCNQ salts with associated changes in physical properties2012

    • Author(s)
      A. Funabiki
    • Journal Title

      J. Mater. Chem.

      Volume: 22 Pages: 8361-8366

    • DOI

      10.1039/c2jml6821a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge-order driven proton arrangement in a hydrogen-bonded charge-transfer complex based on a pyridyl-substituted TTF derivative2012

    • Author(s)
      S. Lee
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 48 Pages: 8673-8675

    • DOI

      10.1039/c2cc34296k

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ground State and Pressure-induced Superconductivity of Checkerboard-type Charge-ordered Molecular Conductor beta-(meso-DMBEDT-TTF)2X (X = PF6 and AsF6)2012

    • Author(s)
      T. Shikama
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 2 Pages: 1502-1513

    • DOI

      10.3390/cryst2041502

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] セレン原子を導入したカテコール縮環型TTF誘導体を用いた有機伝導体の合成と構造、物性2013

    • Author(s)
      上田顕
    • Organizer
      日本化学会第93春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学(草津市)
    • Year and Date
      20130322-20130325
  • [Presentation] ピリジルTTF誘導体で構成された水素結合型電荷移動錯体におけるプロトン : 電子相関現象に関する研究2013

    • Author(s)
      李相哲
    • Organizer
      日本化学会第93春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学(草津市)
    • Year and Date
      20130322-20130325
  • [Presentation] カテコール縮環型TTF誘導体を用いた新規有機伝導体の合成と構造、性質2013

    • Author(s)
      伊藤悠太
    • Organizer
      日本化学会第93春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学(草津市)
    • Year and Date
      20130322-20130325
  • [Presentation] 電子とプロトンが相関した機能性分子性物質の開拓2013

    • Author(s)
      森初果
    • Organizer
      新学術領域研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      20130301-20130303
  • [Presentation] プロトン : 電子相関系分子性物質の開発2013

    • Author(s)
      上田顕
    • Organizer
      東北大学卓越大学院研究会「金属錯体の固体物性最前線 : 金属錯体と固体物性物理と生物物性の連携新領域を
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台)
    • Year and Date
      20130204-20130206
  • [Presentation] ブロトン : 電子相関系分子性物質の構造物性2013

    • Author(s)
      森初果
    • Organizer
      CMRC研究会
    • Place of Presentation
      高エネルギー研究所(つくば市)
    • Year and Date
      2013-03-12
  • [Presentation] Electron-Proton Coupled Single-Component Organic Conductors2012

    • Author(s)
      H. Mori
    • Organizer
      International Symposium on Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom (MDF2012)
    • Place of Presentation
      フェニックスシーガイヤリゾート(宮崎)
    • Year and Date
      20121201-20121204
  • [Presentation] Introduction of Selenium Atoms into Catechol-fused TTF System: Synthesis, Structures, and Properties of Novel Organic Conductors2012

    • Author(s)
      A, Ueda
    • Organizer
      International Symposium on Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom (MDF2012)
    • Place of Presentation
      フェニックスシーガイヤリゾート(宮崎)
    • Year and Date
      20121201-20121204
  • [Presentation] Possible Quantum Spin Liquid State in a Dimer-Mott Insulator κ-H3 (Cat-EDT-TTF)22012

    • Author(s)
      T, Isono
    • Organizer
      International Symposium on Materials Science opened by Molecular Degrees of Freedom (MDF2012)
    • Place of Presentation
      フェニックスシーガイヤリゾート(宮崎)
    • Year and Date
      20121201-20121204
  • [Presentation] Crystal Structures and Physical Properties of Hydrogen-bonded Charge Transfer Complexes based on Pyridyl-substituted TTF Derivatives2012

    • Author(s)
      S. Lee
    • Organizer
      International Symposium on Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom (MDF2012)
    • Place of Presentation
      フェニックスシーガイヤリゾート(宮崎)
    • Year and Date
      20121201-20121204
  • [Presentation] Chiral Charge-transfer Salts based upon New BEDT-TTF Derivatives having Hydrogen-bonding Functional Groups2012

    • Author(s)
      C. Hashimoto
    • Organizer
      International Symposium on Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom (MDF2012)
    • Place of Presentation
      フェニックスシーガイヤリゾート(宮崎)
    • Year and Date
      20121201-20121204
  • [Presentation] Structures and Electronic Properties of Mixed-Stacking Ni(dmit)2 Salts2012

    • Author(s)
      T. Shimokawa
    • Organizer
      International Symposium on Materials Science Opened by Molecular Degrees of Freedom (MDF2012)
    • Place of Presentation
      フェニックスシーガイヤリゾート(宮崎)
    • Year and Date
      20121201-20121204
  • [Presentation] Electron-Proton Coupled Single-Component Organic Conductors2012

    • Author(s)
      H. Mori
    • Organizer
      the International School and Symposium on Molecular Materials & Devicess (ISSMM 2012)
    • Place of Presentation
      Durham Univ., UK(招待講演)
    • Year and Date
      20120924-20120928
  • [Presentation] 分子の自由度を利用した機能性分子性物質の開拓2012

    • Author(s)
      森初果
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)(招待講演)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] セレン原子導入型カテコール縮環TTF誘導体を基盤とした新規有機伝導体の合成と構造性2012

    • Author(s)
      上田顕
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] プロトン化されたピリジル置換TTF誘導体の構造と性質2012

    • Author(s)
      李相哲
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] 不斉炭素を有するBEDT-TTFジオール誘導体を用いたキラル錯体の合成および性質2012

    • Author(s)
      橋本手歩
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] 交互積層型Ni (dmit) 2塩の構造と電子物性2012

    • Author(s)
      下川達也
    • Organizer
      第6回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] ダイマーモット絶縁体κ-H3(Cat-EDT-TTF)2におけるスピン液体状態の可能性2012

    • Author(s)
      磯野貴之
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学(横浜市)
    • Year and Date
      20120918-20120921
  • [Presentation] Nonlinear conduction and X-ray diffraction in the electric-field-induced low resistivity state of charge-ordered molecular conductor β-(BEDT-TTF) 2PF62012

    • Author(s)
      H. Mori
    • Organizer
      ICSM 2012 International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM 2012)
    • Place of Presentation
      Atlant, USA
    • Year and Date
      20120708-20120713
  • [Presentation] Hydrogen-bonded single-component organic conductors based on catechol-fused〓〓tetrathiafulvalene derivatives2012

    • Author(s)
      A. Ueda
    • Organizer
      ICSM 2012International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM 2012)
    • Place of Presentation
      Atlant, USA
    • Year and Date
      20120708-20120713
  • [Presentation] Suppressed magnetic order in S = 1/2 antiferromagnetic triangular lattice k〓〓H3(Cat-EDT-TTF)22012

    • Author(s)
      T. Isono
    • Organizer
      ICSM 2012International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM 2012)
    • Place of Presentation
      Atlant, USA
    • Year and Date
      20120708-20120713
  • [Remarks]

    • URL

      http://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp/

URL: 

Published: 2014-07-16  

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