| 研究課題/領域番号 |
23K21104
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01900 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32020:機能物性化学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高坂 亘 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70620201)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
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| キーワード | 多孔性配位高分子 / 金属有機複合体 / 多孔性磁石 / 物性変換 / 複合外場 / 金属有機構造体 / 分子磁性体 / 電荷移動 / 磁気秩序 / 磁気相変換 / ホストゲスト電荷移動 / MOF |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，化学物質の吸着や光照射による外部刺激に応答して，その磁気・電気特性を大きく変化させる材料の開発を目的とする．磁気・電気特性から巨大な外場応答を引き出すためには，化合物の電子状態が多重相安定性を備えていることが重要である．本研究では，申請者らがこれまでの研究で見出してきた多重相安定性を示す多孔性配位高分子磁石を足掛かりとし，１）化学ドーピング，２）光照射，３）物質吸着＋光照射からなる複合外場，により相安定性の自在制御や相変換を行い，巨大物性応答を引き出す．
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| 研究実績の概要 |
3年目となる今年度は，前年度までに構築した物質吸着と光照射の併用が可能な磁気測定実験系を用いて，ガス雰囲気・温度制御下での光照射実験を行った．昨年度に引き続き，シアノ架橋型MOFやFe(II)スピン転移錯体ＭＯＦにおいて，ガス吸着下と真空下においてそれぞれ検討を行い，本研究の目的である「光・物質吸着の複合外場による磁気物性変換」についての検証を行った．さらに従来構築してきた赤外，ラマン，円二色性等の各種分光測定系に加えて，紫外可視拡散反射スペクトルにおいても，ガス雰囲気・温度制御下での測定が可能な測定系を構築し，その有効性について確認実験を行った．
並行して，多重安定性を示す[Ru2]-TCNQ型多孔性配位高分子磁石の開発やその物性測定にも引き続き取り組んだ．新たな[Ru2]-TNCQ型ゲスト応答性多孔性磁石として，CO2吸着により磁気相転移温度の大幅な向上を示す化合物，および非磁性相から長距離磁気秩序相へと変換可能な化合物を報告した．前者ではCO2吸着にともない，局所的な構造揺らぎが抑制され，それに伴い磁気相転移温度が65 Kから100 Kへと大きく上昇した．これはドライ相に存在する電荷揺らぎにより部分的に断絶していた磁気相互作用パスが，CO2吸着に伴い解消し繋がったためだと考えられる．このように本化合物では構造・電荷揺らぎが密接に相関した大変興味深い系である．後者では二酸化炭素吸着に伴い格子内での電子状態変化が誘起され，ネール温度62Kの反強磁性体となった．本化合物はガス吸着による非磁性相から磁気秩序相への変換，すなわち“磁気相の創出”を実現した多孔性磁石の初めての例である．どちらの化合物も基礎学問の解明のみならず，化学センサーや化学磁気スイッチなどの化学的刺激により駆動する分子デバイスの新たな駆動原理として今後の発展に興味がもたれる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
３年目となる今年度は，２年目までの実験において構築してきた光照射下における分光測定・磁気測定系の本格的な運用を開始し，“ガス吸着状態にある化合物の特異な光応答性を示唆する結果”が新たに得られた．これまでの結果から，本課題で実施している「光応答性を備えた物質に対する雰囲気制御下での光照射」が化合物から新たな光応答性を引き出すための有効な手法である事が示唆されており，この点は当初想定していた以上の結果だと考えている．その分，研究開始当初に対象化合物として想定していた[Ru2]-TCNQ型ドナー・アクセプター金属有機複合骨格(D/A-MOF)への光照射実験についての進展に関して遅れている部分がある点は否めない．一方，並行して進めていた [Ru2]-TCNQ型D/A-MOFの物質開拓については一定の成果が得られており，複数の論文発表を行うに至っている．以上を総合して，本年度の進捗状況はおおむね順調であると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は１）多重安定性を示す[Ru2]-TCNQ型D/A-MOFの物質開拓，２）光照射下における各種物性温度可変測定系の構築，３）多重相安定性を示すD/A-MOFの光相制御，および４）物質吸着と光照射の併用による多孔性磁石の物性制御，の４つの項目に大別される．１）は研究期間全体を通して推進していく課題であり，今年度も引き続き物質開拓に取り組む．また昨年度は，これまでに組み上げた物質吸着と光照射の併用による多孔性磁石の物性制御を行うための磁気測定実験系を構築し，いくつかの予備実験を経て，本格的にガス雰囲気・温度制御化での光照射実験を本格的に開始するに至った．結果として目的としていた「光・物質吸着の複合外場による磁気物性変換」を示唆する結果が得られた．特に光応答性を備えた化合物に対して，雰囲気制御は新たな応答性を引き出すための有効な手法であるという感触が得られている．以上の結果を受けて，本年度も引き続き４）の課題に取り組んでいく．昨年同様，効果的な光照射と物質吸着の両者を実現し得る試料保持方法の確立が課題である事に変わりは無いが，できる範囲でデータを取得し，論文投稿に向けて実験を続けていく．光照射実験は当初予定していたD/A-MOFではなく主に，光応答性が見込まれる化合物群である鉄(II)スピンクロスオーバーやシアノ架橋型MOFにて興味深い結果が見られたこともあり，これらについて推進してきたが，今年度はD/A-MOF系の光応答性について筋道をつけるべく，ガス応答性を示す[Ru2]-TCNQ系多孔性磁石について重点的に検討を進めていく．
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