高密度共役の科学：電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 高密度共役の科学：電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ
• 研究課題/領域番号: 20H05862
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 関 修平 京都大学, 工学研究科, 教授 (30273709)
• 研究分担者: 忍久保 洋 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50281100) ; 久保 孝史 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60324745) ; 竹内 正之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (70264083) ; 竹延 大志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70343035) ; 芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631) ; 松田 建児 京都大学, 工学研究科, 教授 (80262145) ; 畠山 琢次 関西学院大学, 理工学部, 教授 (90432319) ; 前田 大光 立命館大学, 生命科学部, 教授 (80388115) ; 瀧宮 和男 東北大学, 理学研究科, 教授 (40263735) ; 深澤 愛子 京都大学, 高等研究院, 教授 (70432234) ; 熊井 玲児 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00356924) ; 福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970) ; 橋本 顕一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00634982) ; 酒巻 大輔 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60722741) ; 須田 理行 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80585159)
• 研究期間 (年度): 2020-11-19 – 2025-03-31
• キーワード: 電子共役 / 高密度構造 / 伝導 / スピン / ゆらぎ / 状態密度 / X-conjugation

研究実績の概要

『高密度共役』領域では，分子性物質の空隙を電子物性制御のための最後のFrontierと捉え，空隙にわたる電子の次元性の拡張・高い物質密度・大きな状態密度を実現し，その電子的性質の解析・実証を経て，包括的な電子共役の理解へ向けた分子性材料設計指針を確立することを目的とした研究を展開している．
『高密度共役』領域総括班では，研究推進目標として各班連携によるTranslational Research型研究の循環の円滑な実施を掲げ，そのための具体的な取り組みとして，１）高密度共役分子科学シンポジウムによる領域内のコンセンサス形成と領域外への問題提起，２）派遣型マイスター制度の創設・運営による循環ボトルネックの解決と循環速度の向上，３）高密度共役フェロー制度の創設と運営，４）招聘型マイスター制度の実施をその中心的な取り組みに据えている．
2020年度は，COVID-19による国際的な人流の完全な停止を受けて，１）第一回高密度共役公開シンポジウムをオンライン型で実施した．２）派遣型マイスター制度は国外への派遣は完全に停止したものの，一部国内での研究グループ間相互派遣を実施した。加えて領域会議をオンラインで隔週で行うことにより、領域内共同研究のスタートをかえって迅速に行うことができた．
領域内での共同研究を加速させるために，共通装置としてカンタムデザイン社製・物理特性測定システム （PPMS）を導入（COVID-19による納期遅れのため，執行・導入は2021年度）．これにより，伝導度の温度・磁場変化測定が可能となった。
若手育成支援Gの領域内で独立した活動として， “X”-conjugationの学理を確立するための若手Closed ミキサーを年度内に合計２回，オンラインにて実施し，上述のフェロー制度を介した次世代研究者育成の取り組みとして機能させた．

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

研究推進目標として各班連携によるTranslational Research型研究の循環の円滑な実施は，実際の研究者交流が完全に制限される中，オンラインを駆使してむしろ効率的に循環を形成できた側面を強く有している．１）公開シンポジウムにおける直接的・偶発的な意見交換はほとんど行えない一方で，むしろPier-to-Pier型の共同研究はCOVID-19前よりも大きく進展し，2020年度内での論文による共同研究成果発表に結実している．２）国内研究者派遣型研究は成果発表に直結し，国内での共同研究を活発化させる契機となった．３）海外への研究者派遣・海外からの研究者招聘は完全に停止し，かつ2020年度に予定していた共用設備の導入も大幅な遅れが避けられなかったため，これが総括班経費繰越の最大の要因となった．

今後の研究の推進方策

COVID-19の大きな影響を受けながらも，領域内における総括班の活動目標は順調に達成されており，最終目標に向けた研究展開に大きな問題は発生していない．大きな障害は，１）国際共同研究の直接的な人的交流による実施であり，2023年度の本格的な再開を予定している．特に，2020～2022年度の主に国内における領域内研究活動において，何が国際連携研究として必須か？の要素が明らかになった側面もあり，2023年度以降，むしろ効果的に国際共同研究を実施できると考えている．
一方の大きな障害は，国内の電気代高騰に伴う共用設備の停止期間長期化であり，本領域でも従来利用してきたSPring-8/KEKなどの大型施設の極端な利用制限にとどまらず，各計画研究・公募研究においても一定の研究活動制限を受け，非常に大きな障害となっている．2023年度以降，状況が大きく好転しない限りは，領域で対処可能な推進方策としては打つ手がない．

研究成果

• [雑誌論文] Ferroelectric columnar assemblies from the bowl-to-bowl inversion of aromatic cores (2021)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Shunsuke、Wu Jianyun、Koyama Masaya、Hayashi Keisuke、Hoshino Norihisa、Takeda Takashi、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Saito Masaichi、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 768
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21019-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of Anthracene‐Based Cyclic π‐Clusters and Elucidation of their Properties Originating from Congested Aromatic Planes (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishiuchi Tomohiko、Kisaka Kazuki、Kubo Takashi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 ページ: 5400～5406
  • DOI: 10.1002/anie.202013349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative analysis of the formation mechanism of tightly bound rubber by using carbon-coated alumina nanoparticles as a model filler (2021)
  • 著者名/発表者名: Hoshikawa Yasuto、Kawaguchi Rei、Nomura Keita、Akahane Hidenobu、Ishii Takafumi、Ando Mariko、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Yamada Hiroshi、Kyotani Takashi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 173 ページ: 870～879
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2020.11.074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic structural reconstruction of (guanidinium⁺)₂(benzene-1,4-disulfonate^2?) host crystal by guest adsorption (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe Haruka、Kobayashi Takahiro、Hoshino Norihisa、Takeda Takashi、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 23 ページ: 1149～1157
  • DOI: 10.1039/D0CE01616K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning Transition Electric and Magnetic Dipole Moments: [7]Helicenes Showing Intense Circularly Polarized Luminescence (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubo Hiromu、Hirose Takashi、Nakashima Takuya、Kawai Tsuyoshi、Hasegawa Jun-ya、Matsuda Kenji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 12 ページ: 686～695
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c03174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of novel π-extended D?A?D-type dipyrido[3,2-<i>a</i>:2′,3′-<i>c</i>]phenazine derivatives and their photosensitized singlet oxygen generation (2021)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Yuichiro、Morimoto Ami、Maeda Takeshi、Enoki Toshiaki、Ooyama Yousuke、Matsui Yasunori、Ikeda Hiroshi、Yagi Shigeyuki
  • 雑誌名: New Journal of Chemistry 巻: 45 ページ: 2264～2275
  • DOI: 10.1039/D0NJ05526C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Donor-Acceptor Type [5]Helicene Derivative with Strong Circularly Polarized Luminescence (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubo Hiromu、Hirose Takashi、Shimizu Daiki、Matsuda Kenji
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 50 ページ: 804～807
  • DOI: 10.1246/cl.200913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Density and Dimensional Control of π-Electrons in Electrostatically Binding Naphthalenediimide Salts (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Ayumi、Takeda Takashi、Hoshino Norihisa、Matsuda Wakana、Seki Shu、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Crystal Growth &amp; Design 巻: 20 ページ: 1276～1284
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.9b01526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunnel magnetocapacitance in Fe/MgF₂ single nanogranular layered films (2020)
  • 著者名/発表者名: Msiska Robin、Honjo Shusaku、Asai Yuki、Arita Masashi、Tsurumaki-Fukuchi Atsushi、Takahashi Yasuo、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Kitakami Osamu、Fujioka Masaya、Nishii Junji、Kaiju Hideo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 116 ページ: 082401～082401
  • DOI: 10.1063/1.5139702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative‐to‐Positive Thermal Conductivity Temperature Coefficient Transition Induced by Dynamic Fluctuations of the Alkyl Chains in the Layered Complex (C ₄ H ₉ NH ₃ ) ₂ CuCl ₄ (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Norihisa、Tamura Syunsaku、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Chemistry ? A European Journal 巻: 26 ページ: 2610～2618
  • DOI: 10.1002/chem.201904553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping of metal-free molecular perovskite with hexamethylenetetramine to create non-centrosymmetric defects (2020)
  • 著者名/発表者名: Morita Hagino、Tsunashima Ryo、Nishihara Sadafumi、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 22 ページ: 2279～2282
  • DOI: 10.1039/d0ce00173b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically Switchable Amplified Spontaneous Emission from Liquid Crystalline Phase of an AIEE‐Active ESIPT Molecule (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Yusuke、Zhang Wanying、Ghosh Samrat、Sakurai Tsuneaki、Yoshida Hiroyuki、Ozaki Masanori、Akutagawa Tomoyuki、Seki Shu
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 8 ページ: 1902158～1902158
  • DOI: 10.1002/adom.201902158
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stable Ferromagnetic Crystal of Two‐Dimensional Manganese‐Chromium Oxalate with Supramolecular Cation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubo Kazuya、Yoshitake Masashi、Hoshino Norihisa、Noro Shin‐ichiro、Akutagawa Tomoyuki、Nakamura Takayoshi
  • 雑誌名: European Journal of Inorganic Chemistry 巻: 2020 ページ: 1670～1675
  • DOI: 10.1002/ejic.202000149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Modulation of Electrically Conducting TCNQ Salts Using Na⁺(crown ether) Supramolecular Cations (2020)
  • 著者名/発表者名: Sambe Kohei、Hoshino Norihisa、Takeda Takashi、Nakamura Takayoshi、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Crystal Growth &amp; Design 巻: 20 ページ: 3625～3634
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.0c00169
  • 査読あり
• [雑誌論文] A synthetic ion channel with anisotropic ligand response (2020)
  • 著者名/発表者名: Muraoka Takahiro、Noguchi Daiki、Kasai Rinshi S.、Sato Kohei、Sasaki Ryo、Tabata Kazuhito V.、Ekimoto Toru、Ikeguchi Mitsunori、Kamagata Kiyoto、Hoshino Norihisa、Noji Hiroyuki、Akutagawa Tomoyuki、Ichimura Kazuaki、Kinbara Kazushi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 2924
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16770-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of electrical conductivity in a flexible coordination polymer by using chemical reduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Fuku Kentaro、Miyata Momoka、Takaishi Shinya、Yoshida Takefumi、Yamashita Masahiro、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Ohtsu Hiroyoshi、Kawano Masaki、Iguchi Hiroaki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 8619～8622
  • DOI: 10.1039/d0cc03062g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supramolecular Fullerene Tetramers Concocted with Porphyrin Boxes Enable Efficient Charge Separation and Delocalization (2020)
  • 著者名/発表者名: Yu Xiujun、Wang Bingzhe、Kim Younghoon、Park Jiyong、Ghosh Samrat、Dhara Barun、Mukhopadhyay Rahul Dev、Koo Jaehyoung、Kim Ikjin、Kim Seungha、Hwang In-Chul、Seki Shu、Guldi Dirk M.、Baik Mu-Hyun、Kim Kimoon
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 ページ: 12596～12601
  • DOI: 10.1021/jacs.0c05339
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamics of Chiral Cations in Two-Dimensional CuX₄ and PbX₄ Perovskites (X = Cl and Br) (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Masaki、Hoshino Norihisa、Sambe Kohei、Takeda Takashi、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 11606～11615
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c01404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mixed Columnar Assembly of Ferroelectric and Antiferroelectric Benzene Derivatives Bearing Multiple ?CONHC₁₄H₂₉ Chains (2020)
  • 著者名/発表者名: Wu Jianyun、Takeda Takashi、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 ページ: 7067～7074
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c03365
  • 査読あり
• [雑誌論文] Switching of Electron and Ion Conductions by Reversible H₂O Sorption in n-Type Organic Semiconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe Haruka、Kawasaki Ayumi、Takeda Takashi、Hoshino Norihisa、Matsuda Wakana、Seki Shu、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: ACS Applied Materials &amp; Interfaces 巻: 12 ページ: 37391～37399
  • DOI: 10.1021/acsami.0c09501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformation change significantly affected the optical and electronic properties of arylsulfonamide-substituted anthraquinones (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeda Takashi、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 10564～10567
  • DOI: 10.1039/d0cc04611f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Temperature Removal of Dissociated Bromine by Silicon Atoms for an On-Surface Ullmann Reaction (2020)
  • 著者名/発表者名: Sun Kewei、Nishiuchi Tomohiko、Sahara Keisuke、Kubo Takashi、Foster Adam S.、Kawai Shigeki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 124 ページ: 19675～19680
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c06188
  • 査読あり
• [雑誌論文] Titania Nanofilms from Titanium Complex-Containing Polymer Langmuir?Blodgett Films (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Shunsuke、Ono Asami、Matsui Jun、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Miyashita Tokuji、Mitsuishi Masaya
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 ページ: 10371～10378
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c01446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscale Columnar Bundles Based on Multistranded Core?Shell Liquid Crystals of Perylene Bisimide J-Aggregate Donor?Acceptor Dyads for Photoconductivity Devices with Enhanced Performance Through Macroscopic Alignment (2020)
  • 著者名/発表者名: Hecht Markus、Schlossarek Tim、Ghosh Samrat、Tsutsui Yusuke、Schmiedel Alexander、Holzapfel Marco、Stolte Matthias、Lambert Christoph、Seki Shu、Lehmann Matthias、W?rthner Frank
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 3 ページ: 10234～10245
  • DOI: 10.1021/acsanm.0c02189
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrathin Two Dimensional (2D) Supramolecular Assembly and Anisotropic Conductivity of an Amphiphilic Naphthalene-Diimide (2020)
  • 著者名/発表者名: Mukherjee Anurag、Sakurai Tsuneaki、Seki Shu、Ghosh Suhrit
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 ページ: 13096～13103
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c02604
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dielectric and gas adsorption/desorption properties of <i>x</i>-Li(Pc) having one-dimensional channels surrounded by Pc?^? columns (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishi Miki、Hoshino Norihisa、Noro Shin-ichiro、Fujimoto Hitoshi、Akutagawa Tomoyuki、Matsuda Masaki
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 22 ページ: 7528～7531
  • DOI: 10.1039/d0ce01157f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial Nanostructuring of Poly(vinylidene fluoride) Homopolymer with Predominant Ferroelectric Phases (2020)
  • 著者名/発表者名: Fu Chang、Zhu Huie、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Mitsuishi Masaya
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 ページ: 14083～14091
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c02667
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum Phase Transition in Organic Massless Dirac Fermion System <i>α</i>-(BEDT-TTF)₂I₃ under Pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Unozawa Yoshinari、Kawasugi Yoshitaka、Suda Masayuki、Yamamoto Hiroshi M.、Kato Reizo、Nishio Yutaka、Kajita Koji、Morinari Takao、Tajima Naoya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 123702～123702
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.123702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frustrated Layered Self-Assembly Induced Superlattice from Two-Dimensional Nanosheets (2020)
  • 著者名/発表者名: Lu Huanjun、Zhang Xiaoyan、Sakurai Tsuneaki、Li Xiaohong、Tu Yingfeng、Guo Jun、Seki Shu、Li Christopher Y.、Ungar Goran、Cheng Stephen Z. D.
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 20 ページ: 8647～8653
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03352
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inversion Symmetry Breaking in Order?Disorder Transitions of Globular Ligands Coordinating to Cobalt(II) and Nickel(II) Bisacetylacetonato Complexes During Heating (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Chemistry ? A European Journal 巻: 27 ページ: 4064～4069
  • DOI: 10.1002/chem.202004492
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Structure and Physical Properties of (trans-TTF-py2)1.5(PF6)・EtOH: A Molecular Conductor with Weak CH???N Hydrogen Bondings (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyama Shohei、Kawai Morio、Takaishi Shinya、Yamashita Masahiro、Hoshino Norihisa、Akutagawa Tomoyuki、Kanno Manabu、Iguchi Hiroaki
  • 雑誌名: Crystals 巻: 10 ページ: 1081～1081
  • DOI: 10.3390/cryst10121081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Poly(3-hexylthiophene) Crystalline Cubes: A Facile Preparation of Polymer Particles Featuring Long-range Ordering (2020)
  • 著者名/発表者名: Cha Won-Young、Lee Jae-yeon、Park Jinwoo、Koo Yun Hee、Park Juhyun、Seki Shu、Kim Won-Suk、Park JaeHong
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 49 ページ: 1494～1496
  • DOI: 10.1246/cl.200597
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural Phase Transitions of a Molecular Metal Oxide (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujibayashi Masaru、Watari Yu、Tsunashima Ryo、Nishihara Sadafumi、Noro Shin‐ichiro、Lin Chang‐Gen、Song Yu‐Fei、Takahashi Kiyonori、Nakamura Takayoshi、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 ページ: 22446～22450
  • DOI: 10.1002/anie.202010748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-Temperature Pentacene Fluids: Oligoethylene Glycol Substituent-Controlled Morphologies and Singlet Fission (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshino Keisuke、Sakai Hayato、Shoji Yoshiaki、Kajitani Takashi、Anetai Hayato、Akutagawa Tomoyuki、Fukushima Takanori、Tkachenko Nikolai V.、Hasobe Taku
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 ページ: 11910～11918
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c09754
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal Lattice Design of H₂O-Tolerant n-Type Semiconducting Dianionic Naphthalenediimide Derivatives (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe Haruka、Kawasaki Ayumi、Takeda Takashi、Hoshino Norihisa、Matsuda Wakana、Seki Shu、Akutagawa Tomoyuki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 ページ: 1046～1060
  • DOI: 10.1021/jacs.0c11545
  • 査読あり