ナノ分子磁石における水素結合相互作用と磁気緩和ダイナミクスの解明

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15525
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分32020:機能物性化学関連
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 三橋 了爾 金沢大学, GS教育系, 准教授 (60756667)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 単イオン磁石 / 分子間水素結合 / 磁気緩和ダイナミクス

研究成果の概要

本研究は、単分子磁石化合物における量子トンネリング現象の制御を目指して、単分子磁石間の分子間相互作用と磁気緩和ダイナミクスの解明に取り組んだ。水素結合相互作用によって結晶中で単分子磁石を二次元シートまたは一次元鎖状に配列化させることで分子間相互作用を導入した。通常、コバルト(II)イオンを用いた単分子磁石では外部磁場無しでは量子トンネリングにより迅速な磁気緩和を示すが、一次元鎖状に配列した例ではゼロ磁場で遅い磁気緩和挙動を示すことがわかった。また、一次元鎖内の隣接する分子間の距離が0.7 nm未満かつその差が0.02 nm以上の場合に最も効果的に量子トンネリングを抑制できることがわかった。

自由記述の分野

無機・錯体化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

単分子磁石化合物は、高密度情報記憶媒体や量子情報処理への応用の観点から注目を浴びている。しかし、第一遷移系列イオンを用いた例のほとんどの例では量子トンネリングによる迅速な磁気緩和のために磁気情報を維持できない。本研究では、水素結合によって結晶中で単分子磁石間に磁気的相互作用を誘起することで基底状態の縮重を解き、量子トンネリングを抑制することに成功した。本研究成果は、単分子磁石化合物の応用を妨げる量子トンネリングの制御のための指針となるため、磁気化学の分野での意義は大きい。また、既存の記録媒体の情報記録密度の飛躍的に向上させることに繋がるため社会的な意義も大きい。