| 研究概要 |
第一原理計算を援用して、磁性原子架橋および分子性架橋のナノ物性を調査した。
金属表面とSTM探針の間に保持される磁性原子架橋の安定性と磁性を調べた後、原子オーダーで再現良く磁性原子を保持できる磁性分子性架橋として、ポルフィリン金属錯体をテープ状につなげた構造をしたポルフィリン金属錯体テープを調査した。その結果、中心金属がSc, Ti, V, Cr, Mn, Feの場合は強磁性の伝導体に、Co、 Ni、 Cuの場合は、絶縁体になることを見出した。素のポルフィリン金属錯体分子において、メゾ炭素原子およびβ炭素原子付近の電荷密度が大きい分子軌道が、テープ状に繋がった場合にバンド幅の大きな状態を形成するためその分子軌道が、LUMO、 HOMOの場合などにおいて、テープ状に連なったとき伝導体となる可能性が大きい。今回調べた範囲では、それらの軌道は中心金属原子のdxzもしくはdyz軌道が含まれることがわかり、それゆえ、伝導性が中心金属のd電子数に支配されることとなった。
ポルフィリン金属錯体テープへの一酸化炭素(CO)吸着について、中心金属がFeの場合、CO分子軸をテープ分子面に対し垂直にしてFe原子へ安定に吸着することを見出した。CO吸着時には、Fe原子の磁気モーメントは消失し、テープポルフィリンは、絶縁体に転移する。Fe原子のdz2軌道とCO分子の5σ軌道が混成した結果、その反結合性軌道が非占有準位となり多数スピンの電子が一つ減る一方で、Fe原子のdxz、 dyz軌道とCOのπ*軌道が混成した結果、その結合性軌道が占有されるため少数スピンの電子が一つ増え、その結果CO吸着によりFeの局在磁気モーメントが消失した。また、先の伝導バンドを形成するdxzおよびdyz軌道を含む分子軌道はCOのπ*軌道と強く混成し、フェルミレベルからはなれ、テープポルフィリンはCO吸着により絶縁体となることが分かった。
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