| 研究課題/領域番号 |
16K05942
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| 研究機関 | 名古屋市立大学 |
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研究代表者 |
藤田 渉 名古屋市立大学, 大学院システム自然科学研究科, 教授 (50292719)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 量子スピン系 / スピンフラストレーション / 水素結合 / 相転移 / 磁性スイッチ / 構造解析 / 結晶育成 / 磁気的性質 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、塩基性銅化合物Cux(OH)yzH2Oの磁気的性質や構造的特徴に着目して、新しいタイプの機能性磁性材料の創製を行うため、以下のテーマを実施した。
有機スルホン酸イオンを含む塩基性銅塩の結晶育成と構造解析
量子スピン系磁性物質として注目されている銅水酸化物Cux(OH)yzH2O (A =アニオン)の潜在能力を見極めるに、化学修飾を行うことができる分子性イオンをAとしてとして、様々な銅水酸化物を合成し、新規磁気ネットワークを有する磁性物質の探索を試みた。その結果、該当年度中に、22種類の有機スルホン酸イオンを含む銅水酸化物の結晶を得ることに成功していた。また、Aとして無機アニオンを試したところ、それらを含む銅水酸化物の結晶育成にも適用可能であった。この物質群は、単結晶育成が困難であったため、系統的な構造研究の展開ができなかったが、本研究成果により、初めて可能になったと考えている。
注目すべき成果としては、この物質群について、結晶育成条件を変えると、二次元三角格子構造やダイヤモンド鎖格子構造を作り分けることができる点にある。両者とも量子スピン系磁性体モデルとして、非常に貴重である。また、ダイヤモンド鎖格子構造を有する誘導体はいずれも大きな有機アニオンを内包することにより、良好な１次元性を保つことがわかった。様々な有機アニオンを含むダイヤモンド鎖格子の合成い成功した他、初めて反磁性基底状態を持つ誘導体を発見することに成功した。
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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
平成２８年度における最大の研究成果は、様々なアニオンを有する金属水酸化物を自在に合成できる手法を発見した点にある。それにより、これまで物性研究の対象になり難かったこの物質群の試料を、純粋な結晶状態で、手に入れることができるようになった。量子スピン系磁性体の開発研究にとって、大きな進展になると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２９年度以降は、水素結合の特性を活かした外場応答型磁性体「Hydrogen Bonded Magnet」の開発研究を中心に研究を行う。併せて、平成２８年度まで行ってきた新規塩基性銅化合物の物質探索を継続する。
これまで、水素結合を有する磁性体や伝導体の合成例は多数あるが、ほとんどは結晶内での構成分子やイオンの配列制御が目的であった。水素結合を介した外部刺激応答と磁気的状態とをリンクさせるのは難しく、これまで成功した例はほとんどなかった。水素結合における水素原子の位置が温度、圧力、電場などで移動させることが可能であり、水素原子の位置の変位に伴う小さな構造変化がトリガとなって、磁性金属イオン間の軌道間相互作用に変調が生じるような物質の探索を行う。併せて、上平成２８年度において作成した塩基性銅化合物のうち、構造相転移を示した誘導体について丹念に解析を行い、まずは、温度変化によって大きな磁気変調を示すHydrogen Bonded Magnetの発見を目指す。
また、平成２８年度に合成したサンプルの物性測定を、外部研究者に依頼し、量子スピン系磁性体の研究に貢献したい。
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