有機局在スピン-伝導電子共存系を基盤とした新規物性の開拓

• 研究課題/領域番号: 20350062
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 菅原 正 東京大学, 大学院・総合文化研究科, センター特任研究員 (50124219)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円); 2010年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2009年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2008年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 導電性 / 磁性 / スピンエレクトロニクス / スピン分極ドナー / 負性磁気抵抗 / 加圧効果 / スピンフィルター / 電界効果トランジスタ / テトラセレナフルバレン / テトラチアフルバレン / ニトロニルニトロキシド / 有機磁性金属 / 磁性・導電性連動系 / 電気伝導度

研究概要

電子の電荷に加えて、スピンの性質を利用する次世代のエレクロトニクスに関心が集まっている。本研究では、我々が世界に先駆けて開発した磁性と導電性を併せ持つ有機ドナーラジカルを改良することで、低温・圧力下(2K,15kbar)ではあるが、磁場(12T)を掛けると抵抗が99.5%も低下する物質を創り出した。さらに、2個の臭素原子を導入したドナーラジカルの単成分結晶を用いて、負性磁気抵抗を示す素子を作製することにも成功した。スピンエレクトロニクスとの分子基盤を確立したといえる。

研究成果

• [雑誌論文] ついに出来た!磁性と導電性を併せ持つ有機物質-分子スピンエレクトロニクスへの展開- (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原正, 鈴木健太郎
  • 雑誌名: 現代化学 4月号 ページ: 49-53
• [雑誌論文] Interplay between Magnetism and Conductivity Derived from Spin-polarized Donor (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, H.Komatsu, K.Suzuki
  • 雑誌名: Chem.Soc., Rev.
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子科学の挑戦-可塑的応答・自律運動・自己生産する超分子システム (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅原正、鈴木健太郎
  • 雑誌名: 電子ジャーナルMolecular Science Vol4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superperiodic conductance in a molecularly wired double-dot system self-assembled in a nanogap electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Noguchi, T.Terui, T.Katayama, M.M.Matsushita, T.Sugawara
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 108 ページ: 94313-94313
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Magnetic Field upon Conductance of Unicomponent Crystal of TTF-based Nitronyl Nitroxide (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Komatsu, M.M.Matsushita, S.Yamamura, Y.Sugawara, K.Suzuki, T.Sugawara
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 132 ページ: 4528-4528
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Magnetic Field upon Conductance of Unicomponent Crystal of TTF-based Nitronyl Nitroxide (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Komatsu
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc 巻: 132 ページ: 4528-4529
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superperiodic conductance in a molecularly wired double-dot system self-assembled in a nanogap electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 巻: 108 ページ: 943131-943135
• [雑誌論文] Interplay between Magnetism Conductivity Derived from Spinpolarized Donor (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara
  • 雑誌名: Chem.Soc.Rev.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spintronics in Organicπ-Electronic Systems, Feature Article (2009)
  • 著者名/発表者名: 菅原正
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 19(12)(special issue on Spintronics and quantum computing) ページ: 1738-1753
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子内・分子間スピン整列-ビラジカル反応性中間体から有機磁性・導電性共存系へ- (2009)
  • 著者名/発表者名: 菅原正
  • 雑誌名: スピンサイエンス学会誌 7(12)
• [雑誌論文] Hysteretic Behavior of Diamagnetic Molecular Assembly : Magnetic Field Induced Deformation of Tubular Self-assemblies Composed of Amphipilic Molecules (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Suzuki, T.Tomita, T.Toyota, M.Iwasaka, T.Sugawara
  • 雑誌名: Polyhedron 28 ページ: 253-256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of TSF-based Spin-polarized Donor (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Komatsu, R.Mogi, M.M.Matsushita, T.Miyagi, Y.Kawada, T.Sugawara
  • 雑誌名: Polyhedron 28 ページ: 1996-2000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of TSF-based Spin-polarized Donor (2009)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, H., Mogi, R., Matsushita, M.M., Miyagi, T., Kawada, Y., Sugawara, T.
  • 雑誌名: Polyhedron 28 ページ: 1996-2000
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spintronics in Organic π-Electronic Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: Sugawara, T., Matsushita, M.M.
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 19(12) ページ: 1738-1753
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hysteretic Behavior of Diamagnetic Molecular Assembly : Magnetic Field Induced Deformation of Tubular Self-assemblies Composed of Amphipilic Molecules (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Tomita, T., Toyota, T., Iwasaka
  • 雑誌名: Polyhedron 28 ページ: 253-256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Magnetic Field upon Conductance of Unicomponent Crystal of TTF-based Nitronyl Nitroxide (2009)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, H., Matsushita, M.M., Yamamura, S., Sugawara, Y., Suzuki, K., Sugawara. T.
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society (in press 掲載決定済)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機ラジカルのスピンに基づく磁性-導電性共存系の構築 (2008)
  • 著者名/発表者名: 菅原正、松下未知雄
  • 雑誌名: 月刊機能材料(シーエムシー出版) 7(28) ページ: 38-48
• [雑誌論文] Association-mediated Chromism of Amphiphilic Triphenyl-6-oxoverdazyl (2008)
  • 著者名/発表者名: K.Suzuki,, M.M.Matsushita, H.Hayashi, N.Koga, T.Sugawara
  • 雑誌名: New J.Chem. 32(12) ページ: 2201-2208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observations of cellular responses to diamagnetic forces acting on cell components. (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Iwasaka, K.Suzuki, T.Sugawara
  • 雑誌名: Sci.Technol.Adv.Mater 9 ページ: 24216-24216
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling Co-tunneling Currents in Nanoparticle Networks using Spin-Polarized Wire Molecules (2008)
  • 著者名/発表者名: P.Nickels, M.M.Matsushita, M.Minamoto, S.Komiyama, T.Sugawara
  • 雑誌名: Small 4 ページ: 471-475
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecule-based system with coexisting conductivity and magnetism and without magnetic inorganic ions. (2008)
  • 著者名/発表者名: M.M.Matsushita, H.Kawakami, T.Sugawara
  • 雑誌名: Phys.Rev.B(Editors' suggestion) 77 ページ: 195208-195208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cotunneling Current Affected by Spin-Polarized Wire Molecules in Networked Gold Nanoparticles. (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, M.Minamoto, M.M.Matsushita, P.Nickels, S.Komiyama
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 77 ページ: 235316-235316
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of a triplet diradical from a donor-acceptor cross conjugate upon acid-induced electron transfer (2008)
  • 著者名/発表者名: M.O.Sandberg, O.Nagao, Z.Wu, M.M.Matsushita, T.Sugawara
  • 雑誌名: Chem.Commun. 32 ページ: 3738-3740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of a triplet diradical from a donor-acceptor cross conjugate upon acid-induced electron transferw (2008)
  • 著者名/発表者名: Sandberg, M.O., Nagao, O., Wu, Z., Matsushita, M.M., Sugawara, T.
  • 雑誌名: Chem.Commun. 32 ページ: 3738-3740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association-mediated Chromism of Amphiphilic Triphenyl-6-oxoverdazyl (2008)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Matsushita, M.M., Hayashi, H., Koga, N., Sugawara, T.
  • 雑誌名: New J.Chem. 32(12) ページ: 2201-2208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cotunneling Current Affected by Spin-Polarized Wire Molecules in Networked Gold Nanoparticles (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugawara, T., Minamoto, M., Matsushita, M.M., Nickels, P., Komiyama, S.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 77 ページ: 235316-235316
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecule-based system with coexisting conductivity and magnetism and without magnetic inorganic ions (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsushita, M.M., Kawakami, H., Sugawara, T.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 77 ページ: 19508-19508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling Co-tunneling Currents in Nanoparticle Networks using Spin-Polarized Wire Molecules (2008)
  • 著者名/発表者名: Nickels, P., Matsushita, M.M., Minamoto, M., Komiyama, S., Sugawara, T.
  • 雑誌名: Small 4 ページ: 471-475
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機ラジカルのスピンに基づく磁性-導電性共存系の構築(総説) (2008)
  • 著者名/発表者名: 菅原正, 松下未知雄
  • 雑誌名: 月刊機能材料 7(28) ページ: 38-48
• [学会発表] 「有機分子集合体における磁性と導電性の連携」(Cooperation between Conductivity and Magnetism in Organic Solids) (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原正
  • 学会等名: 日本化学会第91回春季年会,特別企画12「有機半導体・伝導体の基礎・応用研究の最前線」
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] A Recyclable and Programmable Diode Derived from Ambipolar OFET (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Itoh, M.M.Matsushita, K.Suzuki, I.Mori, T.Toyota, T.Sugawara
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Hawaii
• [学会発表] Metallic Organic Magnet Exhibiting Giant Negative Magnetoresistance (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, H.Komatsu, R.Kondoh, M.M.Matsushita, K.Suzuki
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Hawaii
• [学会発表] Nitronyl Nitroxides, Connected with a TTF-based Donor in a Cross-π-conjugated Manner, Serving as a Building Block of Molecular Spintronics (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅原正
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Hawaii
• [学会発表] Interplay between Localized Spins and Conduction Electrons in Molecular Crystals of Spin-polarized Donors (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, M.M.Matsushita, H.Komatsu, K.Suzuki
  • 学会等名: The 10th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Negative Giant Magnetoresistance Observed in Unicomponent Neutral Crystals of TTF-or TSF-Based Spin-Polarized Donors and Their Hybrids (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, R.Mogi, H.Komatsu, M.M.Matsushita, K.Suzuki
  • 学会等名: The 12th International Conference on Molecule-Based Magnets
  • 発表場所: Beijing
• [学会発表] Interplay between Conduction Electrons and Localized Spins in Organic Spin Systems (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, M.M.Matsushita, H.Komatsu, R.Mogi, K.Suzuki, R.Kondo
  • 学会等名: International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010 (ICSM 2010)
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Negative Giant Magnetoresistance Observed in Unicomponent Neutral Crystals of TTF-or TSF-Based Spin-Polarized Donors and Their Hybrids (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara
  • 学会等名: The 12^<th> International Conference on Molecule-Based Magnets
  • 発表場所: 北京(中国)
• [学会発表] Towards Molecular Spintronics : Magnetic Field Control of Conductance of Spin-polarized Molecular Crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: Sugawara, T.
  • 学会等名: The 3rd Japanese-Russian WS on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場
  • 年月日: 2009-11-16
• [学会発表] ブロモ基を有するジセレナジチアフルバレン系スピン分極ドナーの合成と性質 (2009)
  • 著者名/発表者名: 茂木亮二、小松英司、松下未知雄、鈴木健太郎、菅原正
  • 学会等名: 第48回電子スピンサイエンス学会SEST2009
  • 発表場所: 神戸大学六甲ホール
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] TSF系スピン分極ドナーを用いたイオンラジカル塩の作製とその物性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小松英司、松下未知雄、鈴木健太郎、菅原正
  • 学会等名: 第48回電子スピンサイエンス学会 SEST2009
  • 発表場所: 神戸大学六甲ホール
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] TSF系スピン分極ドナーのイオンラジカル塩の伝導性に対する圧力効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小松英司・近藤隆祐・鈴木健太郎・菅原正・松下未知雄
  • 学会等名: 日本化学会第90回春季年会
  • 発表場所: 近畿大学本部キャンパス
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Proton Dynamics in Hydrogen-bonded Organic Solids from Protonic Dielectrics to Proton-motor (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, K.Suzuki
  • 学会等名: Joint Conference of the Asian Crystallographic Association & Chinese Crystallography Society (AsCA'09)
  • 発表場所: Beijing
• [学会発表] Towards Molecular Spin- tronics: Magnetic Field Control of Conductance of Spin-polarized Molecular Crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: 菅原正
  • 学会等名: The 3rd Japanese-Russian WS on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Awaji Island
• [図書] Magnetism and Conductivity, in "Handbook of Multifunctional Molecular Materials",Ed.L.Ouahab (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Sugawara, A.Miyazaki
  • 出版者: Pan Stanford Publishing Ltd. in press
• [図書] 現代化学4月号 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅原正
  • 出版者: っいに出来た!磁性と導電性を併せ持つ有機物質-分子スピンエレクトロニクスへの展開-
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://rcis.c.u-tokyo.ac.jp/SugawaraLab/
• [備考] 河北新報,2008年6月7日,「巨大磁気抵抗 東大教授ら金属と違う応用期待」、他4紙に掲載6
• [備考]
  • URL: http://rcis.c.u-tokyo.ac.jp/SugawaraLab/index.html
• [産業財産権] 有機電界効果トランジスタにおけるしきい電圧の後天的制御 (2010)
  • 発明者名: 菅原正, 他
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2009-038657
  • 出願年月日: 2010-02-20
  • 外国
• [産業財産権] 有機半導体素子の作製法 (2010)
  • 発明者名: 菅原正, 他
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2009-038658
  • 出願年月日: 2010-02-20
  • 外国