分子性結晶薄膜試料における物性制御の光学的研究

• 研究課題/領域番号: 16K05397
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 石川 忠彦 東京工業大学, 理学院, 助教 (70313327)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 光誘起状態変化 / 光誘起相転移 / 分子性結晶 / 薄片試料 / 光誘起ダイナミクス / 時間分解分光 / 光機能性物質 / スピンクロスオーバー錯体 / 光学スペクトル / 時間分解分光測定 / 光誘起スピン状態変化 / 分子性固体 / 光機能素子 / スピンクロスオーバー現象 / 分子性導体 / 電荷整列 / 光物性 / 強相関エレクトロニクス

研究成果の概要

特に分子性結晶固体の薄片試料を用い、外場を制御した基での光誘起状態変化の様子を調べる事で光機能性物質の探索設計を目指し、メカニズムの解明と共に物性評価方法の確立を試みた。
金属絶縁体相転移を示す分子性導体結晶の電子及び分子内振動スペクトル測定をバルクおよび薄片試料で比較した。両者は定性的に良く一致し、薄片を用いる事で簡便かつ正確な物性評価が可能だとわかった。薄片試料を用いる事で時間分解分光の定量的な解析が容易になりダイナミクスを詳細に報告する事が出来た。
また、励起波長に依存した光誘起状態という新しい光誘起状態変化がスピンクロスオーバー錯体複合試料で起こる事を光学的手法で確認する事に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題の成果により、分子性結晶固体の薄片試料の物性評価手法が確立し、今後様々な類似の結晶試料に適用していける事が分かった。これまでバルク試料を用いる事でしか物性評価をする事が出来なかったが、今後は透過配置での簡便な分光測定を行う事が出来る事になる為、物性評価の期間短縮かつより高度な測定に挑戦する事が出来るようになると思われる。また、新規な光誘起現象を確認出来た事から、今後はそのメカニズム解明を続ける事で、新規光機能性物質の開発指針の確立に繋がると考える。

研究成果

• [国際共同研究] トロント大学(カナダ)
• [国際共同研究] マックスプランク構造ダイナミクス研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] マックスプランク構造ダイナミクス研究所(ドイツ)
• [雑誌論文] Optical Study of Electronic Structure and Photoinduced Dynamics in the Organic Alloy System [(EDO-TTF)0.89(MeEDO-TTF)0.11]2PF6 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa, Y. Urasawa, T. Shindo, Y. Okimoto, S. Koshihara, S. Tanaka, K. Onda, T. Hiramatsu, Y. Nakano, K. Tanaka, H. Yamochi
  • 雑誌名: Appl. Sci. 巻: 9 号: 6 ページ: 1174-1174
  • DOI: 10.3390/app9061174
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 「分子動画」で見る分子性導体の光誘起ダイナミクス,  (2018)
  • 著者名/発表者名: 石 川 忠 彦, 腰 原 伸 也, 羽 田 真 毅,
  • 雑誌名: 日本物理学会誌. 巻: 73 ページ: 864-864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Control of the Polarity of BiCoO3 by Orbital Excitation as Investigated by Femtosecond Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Okimoto, S. Naruse, R. Fukaya, T. Ishikawa, S. Koshihara, K. Oka, M. Azuma, K. Tanaka and H. Hirori
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW APPLIED 巻: 7 号: 6 ページ: 64016-64016
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.7.064016
  • 査読あり
• [雑誌論文] The photoinduced dynamics of X[M(dmit)2]2 salts (2017)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa, Stuart A Hayes, R J Dwayne Miller, Masaki Hada and Shinya Koshihara
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 92 号: 3 ページ: 034005-034005
  • DOI: 10.1088/1402-4896/aa54c3
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct observations of the photoinduced change in dimerization in K-TCNQ (2016)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa, Ryosuke Hosoda, Yoichi Okimoto, Sei’ichi Tanaka, Ken Onda, Shinya Koshihara, and Reiji Kumai
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 19 ページ: 195130-195130
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.195130
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] The Optical Study of Photoinduced Structural change in the Spin-crossover Hybrid System (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Ishikawa,T. Okazaki,D. Nishida,Y. Sudo,Y. Okimoto,S. Koshihara,M. Hada,A. Miyawaki,K. Takahashi
  • 学会等名: Sixth Banff Meeting on Structural Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] 中性イオン性相転移を示す新規一次元鎖状高分子における光誘起電荷移動ダイナミクス (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐野 史弥,後藤 崇臣,石川 忠彦,沖本 洋一,腰原 伸也,杜 毅楠,高橋 優介,高坂 亘,宮坂 等
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] Observation of the photoinduced structural dynamics in molecular crystals with Structure-Charge-Spin coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa, Ken Onda, Yoichi Okimoto, Shin-ya Koshihara, Reizo Kato, and Reiji Kumai
  • 学会等名: the 43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Photoinduced phenomena of the spin-crossover molecular hybrid system (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa, T. Okazaki and S. Koshihara, K. Takahashi
  • 学会等名: Conductivity and Magnetism in Molecular Materials, Gordon Research Conference, ~Emergent Materials and Phenomena as Foundation for Future Molecule-Based Devices~
  • 国際学会
• [学会発表] スピンクロスオーバー相転移を起こす複合磁性材料における光誘起状態の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川忠彦, 岡崎俊樹, 沖本洋一, 腰原伸也, 羽田真毅, 宮脇敦大, 高橋一志
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 複合機能性スピンクロスオーバー錯体における光誘起状態の光学的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川 忠彦,岡崎 俊樹,西田 大介,數土 雄也,沖本 洋一,腰原 伸也,羽田 真毅,宮脇敦大, 高橋一志
  • 学会等名: 第28回 日本MRS年次大会
  • 国際学会
• [学会発表] 中性イオン性相転移を示す新しい配位高分子鎖における光誘起ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野 史弥,後藤 崇臣,石川 忠彦,沖本 洋一,腰原 伸也,Y. Takahashi,Y. Du,W. Kosaka,H. Miyasaka
  • 学会等名: 第28回日本MRS年次大会
• [学会発表] 新規NI相転移系[Ru2(3,4-Cl2PhCO2)4TCNQ(OEt)2]・DCEの電子構造と光誘起ダイナミクスの探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤崇臣，佐野史弥，石川忠彦, 沖本洋一, 腰原伸也，高橋優介，高坂亘，宮坂等
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] Photo-induced dynamics of Me4P[Pt(dmit)2]2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa, Stuart Hayes, Sei-ichi Tanaka, Ken Onda, Yoichi Okimoto, Shin-ya Koshihara, Sercan Keskin, Gaston Corthey, Masaki Hada, Kostyantyn Pichugin, Alexander Marx, R.J. Dwayne Miller, Takashi Yamamoto, Mitsushiro Nomura and Reizo Kato
  • 学会等名: PIPT6, Photoinduced Phase Transitions 6
  • 国際学会
• [学会発表] Photo-Induced Dynamics of Me4P[Pt(dmit)2]2 Studied by the Time-Resolved Structural Analysis and Optical Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadahiko Ishikawa
  • 学会等名: ISCOM2017, The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 振動領域時間分解分光から見たMe4P[Pt(dmit)2]2の光誘起ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 忠彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 磁性－非磁性相転移とスピンクロスオーバー転移が結合した複合分子系の電子構造及び光誘起ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡崎俊樹、石川忠彦、沖本洋一、腰原伸也、堀内佐智雄、田中誠一、恩田健、高橋一志
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 磁性 ‐非磁性相転移とスピンクロスオーバー転移が結合した複合分子系の電子構造及び光誘起ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡崎俊樹、石川忠彦、沖本洋一、腰原伸也、堀内佐智雄、田中誠一、恩田健、高橋一志
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次学会
• [学会発表] Me4P[Pt(dmit)2]2における光誘起ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川忠彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] PHOTO-INDUCED DYNAMICS OF Pt(dmit)2 SALTS“Molecular movie” (2016)
  • 著者名/発表者名: 石川 忠彦
  • 学会等名: The 15th International Conference on Molecule-Based Magnets
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会