| 研究課題/領域番号 |
18H01949
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
中村 貴義 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60270790)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 超分子 / 誘電性 / プロトン移動 / 磁性 / 極性結晶 |
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| 研究実績の概要 |
極めてフレキシブルな構造を分子中心部に持ち、周辺部分に硬くかつ分子間相互作用が可能な分子シントンである、dibenzo[24]crown-8に基づく超分子構造を中心に検討を行った。開殻分子である[Ni(dmit)2]アニオンのカウンターカチオンとしてとしてピリダジン、ピリジン誘導体等について検討を進め、これらカチオンがdibenzo[24]crown-8が形成する1次元カラム内に包接されることが明らかとなった。特に、ピリダジンを用いた場合には、低温で見られた分子のディスオーダーが高温で消滅しており、ピリダジンカチオンがカラム内で面内回転していることが明らかとなった。回転に伴い、電荷が集中しているN原子の位置が移動することから、それに伴う局所的な電荷揺動と[Ni(dmit)2]が示す磁性との相関について精査を進めている。
超分子カチオンを用いた結晶の対称性制御と対称性に基づく機能開拓を進めた。[MnCr(oxalate)3]が形成する強磁性2次元ハニカム構造に超分子カチオンを導入し、結晶の対称性を低下させることを試みた結果、benzo[18]crown-6とアリールアンモニウムを用いた場合、中心対称性がない空間群を持つ結晶が得られた。特にm-fluoroaniliniumを用いた場合、アリール基の結晶内でのflip-flop運動が確認され、回転に起因するリラクサー型強誘電応答が期待される。さらに、o-fluoroaniliniumを用いた場合には、大きなヒステリシスを伴う相転移が観察され、強誘電転移を示していることが示唆された。[MnCr(oxalate)3]は予想通り、低温で強磁性転移を示したことから、今後、マルチフェロイック材料開拓へ向けての検討を進める。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
debenzo[24]crown-8に基づく超分子構造については、4,4'-bipiridiniumを用いた系で、結晶内での分子運動とその停止に伴う相転移、相転移に付随した伝導性制御、低温での強磁性発現を見出してきたが、今回、さらにピリダジンの回転にともなう局所的な電荷揺動を観察したことで、磁性との相関に基づく新規機能開拓の可能性が示され、順調に研究が進展していると考えている。一方、強磁性2次元ハニカム構造を持つ[MnCr(oxalate)3]に対称性の低い超分子構造を導入した結果、o-fluoroanilinium塩では強誘電性、m-fluoroanilinium塩ではリラクサー型強誘電応答が強磁性と共存していることが示唆されている。強磁性と強誘電応答が共存するマルチフェロイック材料は、近年、高密度メモリーなどへの応用のみならず、スカーミオン発現の舞台として基礎物性科学の観点からも広く興味が持たれている。しかしながら、これまでに得られているマルチフェロイック材料は、無機材料を中心に数えるほどであり、分子性材料については皆無に近い。本研究の進捗により、設計性の高い分子性材料に基づくマルチフェロイック材料構築の方法論が確立される可能性があり、当該分野における極めて重要な研究ステップとなる成果が得られたと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
debenzo[24]crown-8に基づく超分子構造について、予定通り引き続き検討を進めていく一方で、[MnCr(oxalate)3]と対称性の低い超分子構造に基づくマルチフェロイック材料については、極めて有望な成果が得られつつあることから、できる限りの人的資源を投入して、研究の特段の進捗を図る。分子性マルチフェロイック材料開拓において、世界的にもイニシアチブをとるべき極めて重要な研究段階に入っており、さらなる研究資源が必要な場合は、最終年度（再来年度）を待たずに、基盤研究（S)、基盤研究（A)などより大きな予算措置に向けた研究提案を行うことも視野に入れる。
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