| 研究領域 | 高密度共役の科学：電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05870
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
須田 理行 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80585159)
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| 研究分担者 |
田中 久暁 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50362273)
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
52,780千円 (直接経費: 40,600千円、間接経費: 12,180千円)
2024年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2023年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2020年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円)
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| キーワード | スピントロニクス / キラリティ / キラリティ誘起スピン選択性 / キャリアドーピング / スピン偏極電流 / 超伝導 / 電気化学 / 水電解 / CISS効果 / 高密度共役 / キラル分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，「空間反転対称性の破れによるスピン選択性」という新たな原理に基づき，有機分子による電流/スピン流変換システムを創出する。ここでは螺旋分子密度，螺旋ピッチ，螺旋半径が電流/スピン流変換の主たるパラメータであり，これらの最小化が変換効率の向上へと繋がる。従来の電流/スピン流変換学理を変革し，既存の材料を凌駕する破格に高い効率による電流/スピン流変換を実現する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、「空間反転対称性の破れによるスピン選択性(CISS効果)」という新たな原理に基づき、有機分子による電流/スピン流変換システムを創出することを目的としている。本年度は、分子設計のみに依存しない、新たな電流/スピン流変換システムの基盤となるプラットフォームの構築に取り組んだ。
本研究では、二次元層状物質へのキラル分子インターカレーションによるキラル伝導体の創製という新たな着想の元、キラリティと高い伝導性を併せ持つキラルファンデルワールス超格子を創製し、実際に90%を超える高スピン偏極率を実現した。
更に、本材料によって生成される高スピン偏極電流を電気化学分野へと応用するスピン依存電気化学の実証に取り組んだ。実際に、スピン偏極電流中においてスピンが平行に揃っていることを利用し、スピン多重度選択的電気化学反応の実現に取り組んだ。具体的には、スピン三重項酸素とスピン一重項過酸化水素の生成が競合する水電解における酸素発生反応において、スピン三重項酸素を優先的に生成し、水電解効率を向上させることに成功した。
更に、スピン偏極電流がキラリティを持つことを利用したスピン偏極電流によるエナンチオ選択的電気化学反応の創出にも取り組み、実際にスピン偏極率に依存したエナンチオ選択的電気化学反応を実現した。
また、母体となる遷移金属ダイカルコゲナイドの選択によって、キラル超伝導体やキラル磁性体の創製にも成功しており、本手法がキラリティに基づくスピン物性創出の汎用的手法となることが期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は、当初の目的であったCISS効果に基づく高スピン偏極材料の創製をほぼ実現するとともに、スピン依存電気化学やキラル超伝導体、キラル磁性体への展開なども行い、当初の計画以上に研究を展開することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は二次元層状物質へのキラル分子インターカレーションによるキラル伝導体の創製という新たな着想の元、キラリティと高い伝導性を併せ持つキラルファンデルワールス超格子を創製した。今後は、本システムの最適化による100%のスピン偏極率を目指すため、挿入分子の分子の構造や配向を検討する。特に、螺旋軸の配向がスピン偏極率に与える影響を検討し、分子設計へのフィードバックを目指す。
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