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Exploration of Electronic Properties under Multiple Extreme Conditions in Condensed Conjugation Molecular Materials

Planned Research

Project AreaCondensed Conjugation Molecular Physics and Chemistry: Revisiting "Electronic Conjugation" Leading to Innovative Physical Properties of Molecular Materials
Project/Area Number 20H05869
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

橋本 顕一郎  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00634982)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 庄子 良晃  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40525573)
水上 雄太  東北大学, 理学研究科, 准教授 (80734095)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥50,830,000 (Direct Cost: ¥39,100,000、Indirect Cost: ¥11,730,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2021: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Keywords高密度共役 / 超伝導 / 配位高分子 / スピン液体 / 幾何学的フラストレーション / 電荷ガラス / 非線形伝導 / 金属有機構造体 / MOF / 磁場侵入長 / カゴメ格子 / 非線形・非平衡現象 / 強相関電子
Outline of Research at the Start

本研究課題では、A01・A02班で精緻に設計・合成された高密度共役分子ユニットを用いて、物質中にフラストレート構造を造り込み、環境(極低温・超高圧・強磁場)における物性測定をベースとしつつ、非平衡環境を積極的に取り込むことで、電子・分子自由度が生み出す階層構造に起源をもつ非線形伝導・自発的発振現象・金属-絶縁体転移などの巨大非線形・非平衡現象を探索する。その結果得られた物質設計・探索指針をもとに、『高密度共役の科学』を舞台とした電子の高密度化がもたらす非自明かつ巨大な未踏電子機能を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、「空隙をデザインし、空間を電子で埋める」という概念に基づき、分子構造・配列と電子密度を制御することで、電子の局在性と遍歴性を自在制御し、未踏電子機能を提唱・実現することである。そのために当該年度は、幾何学的フラストレーションを内包した高密度共役物質として、非線形伝導を示す電荷ガラス物質である2次元三角格子BEDT-TTF分子錯体に着目した研究を行い、電荷ガラス形成に構造ガラス形成も重要な役割を担っていることを明らかにした。本結果は、電荷ガラス形成物質が示す非線形伝導の起源を解明するうえで、重要な知見を与えるものと考えられる。
また、当該年度は、高密度分子集合体の創製に向けたビルディングブロックとして、π共役系の炭素-炭素結合を等電子的かつ分極したホウ素-窒素結合で置き換えたBN置換π共役分子を合成し、室温・溶液状態での特異な長寿命発光特性を見いだすとともに、有機EL素子のコンポーネントとして有用であることを明らかにした。また、水にも安定なテトラアリールジボラン誘導体を合成し、この化合物が青-オレンジの二重蛍光を示すこと、および溶液中の粘度や固体状態での運動性を反映して二重蛍光の相対強度が変化することを見いだした。さらに、含ホウ素π共役マクロサイクルを合成し、分子構造と反応性の検討を通じて、ファンデルワールス力を超える強いボラン-オレフィン相互作用が働くことを実験的に初めて実証した。これらの成果は、典型元素の性質を活かした高密度分子集合体を創製するための重要な土台と位置付けられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

電荷ガラス形成機構の理解や典型元素の性質を活かした高密度分子集合体を創製するための重要な土台を構築するに至っているため。

Strategy for Future Research Activity

今後は、幾何学的フラストレーションを内包した高密度共役物質として,2次元の金属有機構造体(MOF)や共有結合性有機構造体(COF)の新構造および物性開拓に取り組む。特に、空隙が電子で埋められた高密度MOFおよびCOFを対象に、外場摂動も相乗的に利用することで、遍歴性を持った電子と局在性を持った電子の自在制御を試みる。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(50 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 3 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Involvement of structural dynamics in charge-glass formation in strongly frustrated molecular metals2022

    • Author(s)
      Thomas Tatjana、Saito Yohei、Agarmani Yassine、Thyzel Tim、Lonsky Martin、Hashimoto Kenichiro、Sasaki Takahiko、Lang Michael、M?ller Jens
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 105 Pages: 041114-041114

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.l041114

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    • Author(s)
      O. Tanaka, Y. Mizukami, R. Harasawa, K. Hashimoto, K. Hwang, N. Kurita, H. Tanaka, S. Fujimoto, Y. Matsuda, E.-G. Moon, and T. Shibauchi
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 18 Pages: 429-435

    • DOI

      10.1038/s41567-021-01488-6

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  • [Journal Article] Bringing out the potential of organoboron compounds by designing the chemical bonds and spaces around boron2022

    • Author(s)
      Shoji Yoshiaki、Kashida Junki、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Chemical Communication

      Volume: 58 Pages: 4420-4434

    • DOI

      10.1039/d2cc00653g

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    • Author(s)
      Tsukada Tetsuyoshi、Shoji Yoshiaki、Takenouchi Kumiko、Taka Hideo、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 58 Pages: 4973-4976

    • DOI

      10.1039/d2cc01159j

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    • Author(s)
      Uji Shinya、Terashima Taichi、Sugiura Shiori、Iguchi Satoshi、Sasaki Takahiko、Hashimoto Kenichiro、Shimozawa Masaaki、Yoneyama Naoki、Kato Reizo
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 90 Issue: 11 Pages: 113708-113708

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.113708

    • NAID

      210000159428

    • ISSN
      0031-9015, 1347-4073
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    • Author(s)
      Ishihara K.、Takenaka T.、Miao Y.、Mizukami Y.、Hashimoto K.、Yamashita M.、Konczykowski M.、Masuki R.、Hirayama M.、Nomoto T.、Arita R.、Pavlosiuk O.、Wisniewski P.、Kaczorowski D.、Shibauchi T.
    • Journal Title

      Phys. Rev. X

      Volume: 11 Pages: 041048-041048

    • DOI

      10.1103/physrevx.11.041048

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    • Author(s)
      Murata Yukihiro、Matsunagi Kenta、Kashida Junki、Shoji Yoshiaki、Ozen Cihan、Maeda Satoshi、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: - Pages: 14630-14635

    • DOI

      10.1002/anie.202103512

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      Shoji Yoshiaki、Ikabata Yasuhiro、Ryzhii Ivan、Ayub Rabia、El Bakouri Ouissam、Sato Taiga、Wang Qi、Miura Tomoaki、Karunathilaka Buddhika S. B.、Tsuchiya Youichi、Adachi Chihaya、Ottosson Henrik、Nakai Hiromi、Ikoma Tadaaki、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 60 Pages: 21817-21823

    • DOI

      10.1002/anie.202106490

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  • [Journal Article] An Air‐ and Water‐Stable B4N4‐Heteropentalene Serving as a Host Material for a Phosphorescent OLED2021

    • Author(s)
      Kashida Junki、Shoji Yoshiaki、Ikabata Yasuhiro、Taka Hideo、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Nakai Hiromi、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 60 Pages: 23812-23818

    • DOI

      10.1002/anie.202110050

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    • Author(s)
      Shoji Yoshiaki、Tanaka Naoki、Ikabata Yasuhiro、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Koch Norbert、Nakai Hiromi、Fukushima Takanori
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61

    • DOI

      10.1002/anie.202113549

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  • [Journal Article] Strongly correlated superconductivity in a copper-based metal-organic framework with a perfect kagome lattice2021

    • Author(s)
      Takenaka T.、Ishihara K.、Roppongi M.、Miao Y.、Mizukami Y.、Makita T.、Tsurumi J.、Watanabe S.、Takeya J.、Yamashita M.、Torizuka K.、Uwatoko Y.、Sasaki T.、Huang X.、Xu W.、Zhu D.、Su N.、Cheng J.-G.、Shibauchi T.、Hashimoto K.
    • Journal Title

      Sci. Adv.

      Volume: 7

    • DOI

      10.1126/sciadv.abf3996

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    • Author(s)
      K. Mukasa, K. Matsuura, M. Qiu, M. Saito, Y. Sugimura, K. Ishida, M. Otani, Y. Onishi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, J. Gouchi, R. Kumai, Y. Uwatoko, and T. Shibauchi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Pages: 381-381

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20621-2

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      庄子良晃
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      渡辺義人, 三宅厚志, 厳正輝, 池田暁彦, 徳永将史, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎, 車地崇, 徳永祐介, 有馬孝尚
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      六本木雅生, 石原滉大, 小河弘樹, M. Konczykowski, Brenden R. Ortiz, Stephen D. Wilson, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
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      下邨真輝, 鵜飼柚希, 末次祥大, 笠原裕一, 浅場智也, 村山陽奈子, 栗田伸之, 田中秀数, 橋本顕一郎, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] キタエフ物質α-RuCl3における電子線照射の影響2021

    • Author(s)
      今村薫平,田中桜平,水上雄太,原澤龍平,橋本顕一郎,栗田伸之,田中秀数,山田昌彦,藤本聡,松田祐司,E.-G. Moon,M. Konczykowski,芝内孝禎
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー角度分解光電子分光によるFe(Se,S)の非ネマティック相における超伝導状態の研究2021

    • Author(s)
      長島椿,橋本嵩広,Sahand Najafzadeh,大内俊一郎,鈴木剛,福島昭子,笠原成,松田祐司,松浦康平,水上雄太,橋本顕一郎,芝内孝禎,辛埴,岡﨑浩三
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 幾何学的フラストレーションと電子相関が生み出す量子凝縮相2020

    • Author(s)
      橋本顕一郎
    • Organizer
      ISSP ワークショップ:量子物質研究の最近の進展と今後の展望
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] FeSe1-xTexの単結晶試料合成と電子相図の研究2020

    • Author(s)
      斎藤三樹彦,松浦康平,向笠清隆,杉村優一,大谷椋,邱明?,石田浩祐,大西由吾,水上雄太,橋本顕一郎,熊井玲児,郷地順,上床美也,芝内孝禎
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄系超伝導体FeSe1-xTexの圧力下電子相図2020

    • Author(s)
      向笠清隆,松浦康平,杉村優一,大谷椋,邱明?,斎藤三樹彦,石田浩祐,大西由吾,水上雄太,橋本顕一郎,郷地順,上床美也,芝内孝禎
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄系超伝導体Fe(Se,Te)におけるネマティック量子臨界点2020

    • Author(s)
      石田浩祐,大西由吾,辻井優哉,向笠清隆,邱明?,斎藤三樹彦,松浦康平,杉村優一,水上雄太,橋本顕一郎,芝内孝禎
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー励起光電子顕微鏡を用いたSrVO3における強磁性ドメインの観察2020

    • Author(s)
      影山遥一,児玉壮平,水上雄太,谷内敏之,橋本顕一郎,Arnaud Fouchet,Andr?s F. Santander-Syro,辛埴,芝内孝禎
    • Organizer
      日本物理学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 芝内・橋本研究室HP

    • URL

      http://qpm.k.u-tokyo.ac.jp/index.html

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      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-11-24   Modified: 2022-12-28  

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