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単分子磁石は、一分子でまるで磁石のような性質を示すため、将来のメモリー阻止や量子コンピューターへの応用が期待されている。近年では炭素材料-単分子磁石複合材料でメモリー機能の発言等が報告されており、単分子磁石のデバイス化実現への期待が高まっている。本研究課題ではこれまで、ポルフィリンダブルデッカー型錯体のプロトン付加体とアニオン体、ラジカル体を作り分けることにより、プロトン体のみが単分子磁石性を示さず、プロトンの脱着を利用した単分子磁石性のスイッチングが可能であることを報告している。
本年度申請者は、上記のようなユニークな機能を有するポルフィリンダブルデッカー型錯体の表面上での挙動について単一分子レベルで評価することを目指し研究を行ってきた。まず本研究では、平面性の高いオクタエチルポルフィリンダブルデッカー型錯体のプロトン付加体を金の表面上へと吸着させ、超高真空走査型トンネル顕微鏡(UHV-STM)を用いて金表面上でのダブルデッカー型錯体の様子を観察した。その結果、オクタエチルポルフィリンダブルデッカー型錯体のプロトン付加体が、金の表面上において規則的な2次元配列構造を示すことが明らかとなった。さらに、金表面上に配列したプロトン付加体ダブルデッカー型錯体のうち任意の1分子に着目し、STMの探針から一分子にトンネル電流を流し電子注入を行ったところ、ダブルデッカー型錯体の電子状態がプロトン付加体（単分子磁石性OFF）からラジカル体（単分子磁石性ON）へと変化する様子を観察することに成功した。また、非磁性金属を用いてポルフィリンダブルデッカー型錯体を合成し、同様に表面上での挙動を調べることで、ポルフィリンダブルデッカー型錯体の表面上単分子磁石性の制御について詳細を考察した。この結果は、今後の単分子磁石のデバイス化に向けても非常に重要であると考える。
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