| 研究領域 | 分子アーキテクトニクス：単一分子の組織化と新機能創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
25110005
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
米田 忠弘 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30312234)
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| 研究分担者 |
高岡 毅 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90261479)
道祖尾 恭之 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10375165)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | 分子磁性 / 近藤効果 / 単分子磁石 / 巨大磁気抵抗 |
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| 研究概要 |
本研究領域では「分子アーキテクト」による分子の組織化とそれによる機能創製が目標になるが、その「土台」となる表面の設計と計測・物性制御 がA02班の役割である。そのなかで我々研究グループは（１）スピン注入（２）単一分子磁石によるをキーワードに進める.
平成25年度においては単一分子磁石の多層フタロシアニン分子について表面吸着構造と電子状態・スピン状態の総合的な報告を行い、分子の表面上での薄膜形成と構造とスピン制御の指針を与えた。（T. Komeda, et al, Prog. Surf. Sci. 89 (2014) 127.）特にテルビウム2層フタロシアニン分子（TbPc2）は高いブロッキング温度を持つ単分子量子磁石として注目を集めている。
さらに本領域A01小川計画班から配位子をポルフィリンに置換した、2層ポルフィリン・テルビウム錯体の供給を受け、吸着構造・電子状態およびスピン状態についての測定と解析・理論研究を行った。多層フタロシアニンの場合とは異なり水素原子を配位子に吸着させた分子を合成させることが可能で、その吸着により分子磁石としての性質をON/Offさせることが可能であることを原子レベルのスピン測定で見出した。また電流注入による分子モーター類似の回転を生じさせることに成功した。この動きは水素の吸着位置の変化と配位子の回転の両方から生じると考えるが、そこで観察されるトンネル電流にはゆらぎ特有のノイズ挙動が観察され、分子磁石と分子モーターを併用した新奇な物性の発現を見出した。
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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
分子の組織化とそれによる機能創製という領域の目標、その土台となる表面の設計と計測・物性制御というA02班の役割を基本として、我々研究グループは（１）スピン注入（２）単一分子磁石を用いた物性創製を目標とした。本年度はおおむねその目標を達したと考えている。まず、本学術領域内部での連携は大いに進んだ。分子合成班であるA01班と強い連携を持って研究を進めることができたと考える。小川班からは新奇な多層ポルフィリン錯体の提供を受けたが、博士学生が我々の研究室に訪問して実際の測定を行う共同研究を行った。これは新しい現象を生み出す分子設計の助けとなり、世界に他にない新奇分子の合成とその薄膜特性の測定が加速的に進行した。またA01宇野班からはより複雑なフタロシアニン分子の提供を受け、よりよく設計された分子の創製によるスピン物性開拓という目標が加速されて実現しつつある。これら合成班との協力により、単一分子磁石の多層フタロシアニン分子について表面吸着構造と電子状態・スピン状態の総合的な報告を行い、分子の表面上での薄膜形成と構造とスピン制御の指針を与えた。（T. Komeda, et al, Prog. Surf. Sci. 89 (2014) 127.）特にテルビウム2層フタロシアニン分子（TbPc2）は高いブロッキング温度を持つ単分子量子磁石として注目を集めているが、従来の単層フタロシアニン分子とは大きく異なった吸着構造や電子構造およびスピン構造について学術基盤を構築したと考える。これらはいくつかの国際学会での招待講演を行うことができた成果につながっていると考える。しかしながら、他のデバイスに重きをおいたグループとの連携、理論的な解析については、アイデアで終わっているものが多く、次年度から連携研究を加速させる必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度以降、多層フタロシアニン・ポルフィリン分子に関するスピン挙動の研究を進め、磁性探針と磁性基板の間のトンネルギャップに挿入し、トンネル電流の磁場依存性、すなわちTMR比を調べ、dI/dV曲線からTMR効果を見積もる実験を行う。探針にCr探針を用い、金基板上に蒸着で成長させたCo(111)基板を用い、Co基板の残留磁場分極に由来する、バタフライ形状のトンネル磁気抵抗の挙動により探針特性を捉えた後に、トンネルギャップに単分子磁石を挿入した場合の磁気抵抗挙動を調べる。単分子磁石のTMR挙動はほとんど報告例がなく世界に先駆けた研究となる。同時に、高い合成技術をもつA01 班メン バー、小川（阪大）から新奇単一分子磁石分子、宇野（愛媛大）、家（阪大）から外部刺激反応型分子、およびフォトクロミック・エレクトロクロミック分子の提供を受け、表面・界面での分子スピン挙動をさらに多角的に調べる。さらに、昨年度に新しく整備したSTMを用いて高周波信号の導入と検出を用いた実験を行う。マイクロウエーブ信号はケーブルによって試料に導入される。そのエネルギーはスピンの励起エネルギーと近く、スピン状態の励起に伴ったSTMトンネル信号の解析、あるいは高周波信号を解析することで、従来のトンネル信号解析では得られなかった、時間分解測定が可能となる。これらの実験装置を表面に自己組織化的に整列した分子磁石の分子膜に用いた測定を行い、スピンを用いた新しいデバイス動作を探索する。
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