ヘテロ金属錯体による分子磁石の創生 ーランタノイド・白金相互作用と磁性の相関―

• 研究課題/領域番号: 20K15293
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分34010:無機・錯体化学関連
• 研究機関: 電気通信大学 (2021-2022); 東北大学 (2020)
• 研究代表者: 吉田 健文 電気通信大学, 燃料電池・水素イノベーション研究センター, 特任准教授 (40866472)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 錯体化学 / 分子磁石 / 相互作用 / 白金 / ガドリニウム / 分子磁性 / ランタノイド / ヘテロ金属錯体 / RIXS

研究開始時の研究の概要

高度情報社会を迎え、高密度な記憶媒体として分子にスピン情報を書き込むことができるf電子系分子磁石が注目を集めている。申請者はf電子を制御する新しいコンセプトであるGd－Ptイオン間のドナーアクセプター相互作用に注目した。本研究ではドナー金属イオンであるPtイオンの配位子を修飾することでGd－Ptイオン間の相互作用の大きさを系統的に変化させ、その分子磁性への影響を調査する。相互作用の大きさはDFT計算及びX線吸収分光により検討する。

研究成果の概要

Ln-Ptヘテロ金属錯体のLn-Ptイオン間のドナーアクセプター相互作用の物性への影響を調査し、磁性材料開発に向けた重要な知見を得ることを目的に研究を行った（Ln：ランタノイド、Pt：白金）。Ln-Pt相互作用により、磁性などの物性が発現することを明らかにした。RIXS測定により、従来の相互作用の評価方法では、金属間相互作用が過小評価されている可能性が示唆された。この結果から従来の評価方法がどの金属間距離でも絶対値として過小評価なのか、ある一定距離以上で閾値があるかについても、調査する必要性があると考えられる。今後は、実験系と理論系のギャップを埋め一般化していくべく、系統的な調査が必要となる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、Ln-Pt相互作用により、磁性などの物性が発現することを明らかにしたが、そこからさらに従来の相互作用の評価方法（金属間距離やDFT計算）では、金属間相互作用が過小評価されている可能性が示唆された。これは従来考慮されていなかった相互作用の分子設計への組み込みを可能にする道を開くとともに、科学者が正しく相互作用を評価する方法を新たに確立する必要を提起するものである。今後、系統的な調査が進むことにより、高度情報社会を支える分子磁石記憶素子の開発などが進むと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Data Mining from XANES Spectra of Nickel Complexes for Structure Estimation (2023)
  • 著者名/発表者名: Fuku Kentaro、Yoshida Takefumi、Sato Tetsu、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya、Sakamoto Ryota、Abe Hitoshi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 52 号: 4 ページ: 289-291
  • DOI: 10.1246/cl.230028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen Bonding Propagated Phase Separation in Quasi-Epitaxial Single Crystals: A Pd－Br Molecular Insulator (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takefumi、Takaishi Shinya、Guerin Laurent、Kojima Tatsuhiro、Ohtsu Hiroyoshi、Kawano Masaki、Miyamoto Tatsuya、Okamoto Hiroshi、Kato Kenichi、Takata Masaki、Hosomi Yuka、Yoshida Shoji、Shigekawa Hidemi、Tanaka Hisaaki、Kuroda Shin-ichi、Iguchi Hiroaki、Breedlove Brian K.、Li Zhao-Yang、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 61 号: 35 ページ: 14067-14074
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c02078
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Porous Mn2+ Magnet with a Pt-Cl Framework: Correlation between Water Vapor Adsorption/Desorption and Slow Magnetic Relaxation (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Hirotaka、Uchida Kaiji、Yoshida Takefumi、Horii Yoji、Sato Tetsu、Luming Zhang、Yamashita Satoshi、Nakazawa Yasuhiro、Agulto Verdad C.、Nakajima Makoto、Breedlove Brian K.、Yamashita Masahiro、Iguchi Hiroaki、Takaishi Shinya
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 24 号: 4
  • DOI: 10.1002/cphc.202200618
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Insight into the Gd-Pt Bond: Slow Magnetic Relaxation of a Heterometallic Gd?Pt Complex (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Takefumi、Shabana Ahmed、Zhang Haitao、Izuogu David Chukwuma、Sato Tetsu、Fuku Kentaro、Abe Hitoshi、Horii Yoji、Cosquer Goulven、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Thom Alex J. W.、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 95 号: 3 ページ: 513-521
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210429
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Novel π-d Conjugated Cobalt Tetraaza[14]annulene based Atomically Dispersed Electrocatalyst for Efficient CO Reduction (2022)
  • 著者名/発表者名: Liang Zhifu、Zhang Ting、Cao Pengfei、Yoshida Takefumi、Tang Weiqiang、Wang Xiang、Zuo Yong、Tang Pengyi、Heggen Marc、Dunin-Borkowski Rafal E.、Ramon Morante Joan、Cabot Andreu、Yamashita Masahiro、Arbiol Jordi
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: 442 ページ: 136129-136129
  • DOI: 10.1016/j.cej.2022.136129
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hidden Heterometallic Interaction Emerging from Resonant Inelastic X-ray Scattering in Luminescent Tb-Pt Molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Ahmed Shabana, David Chukwuma Izuogu, Kentaro Fuku, Tetsu Sato, Haitao Zhang, Yukina Yamamoto, Jun Kamata, Hitomi Ohmagari, Miki Hasegawa, Goulven Cosquer, Shinya Takaishi, Takuma Kaneko, Tomoya Uruga, Yasuhiro Iwasawa, and Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: in press 号: 18 ページ: 7973-7979
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c01396
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Heterometallic interaction emerges from resonant inelastic X-ray scattering in lmagnetic Gd－Pt molecules. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Yasuhiro Iwasawa, Masahiro Yamashita
  • 学会等名: The 8th Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hidden heterometallic interaction emerges from resonant inelastic X-ray scattering in luminescent Ln-Pt Molecule (2022)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Yasuhiro Iwasawa, Masahiro Yamashita
  • 学会等名: The 73rd Yamada Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Heterometallic interaction emerges from resonant inelastic X-ray scattering in luminescent Tb－Pt molecules. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Yasuhiro Iwasawa, Masahiro Yamashita
  • 学会等名: 日本化学会春年会
• [学会発表] ヘテロGd-Pt金属錯体における金属間相互作用と磁気挙動の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田健文、山下正廣
  • 学会等名: 日本結晶学会
• [学会発表] Ln-Pt electron polarization effects on the slow magnetic relaxation of heterometallic Ln–Pt complexes (2021)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Yoshida, Masahiro Yamashita
  • 学会等名: The 1st Asian Conference on Molecular Magnetism
  • 国際学会
• [学会発表] Pt d-orbital Associate with the Nature of Gd f-orbital: Slow Magnetic Relaxation of Heterometallic Gd-Pt Complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Takefumi YOSHIDA, Masahiro YAMASHITA, Shinya TAKAISHI
  • 学会等名: 錯体化学討論会