研究課題
光により直接的に磁気特性をスイッチングできる磁性材料は、光による書き込みが可能なため、高密度化および高速化が可能であるため、光通信や光メモリーおよび光コンピューターなどの光磁気メモリー媒体や光アイソレター素子などへの応用が期待されている。コバルト(Co)イオンとタングステン(W)イオンがシアノ基(CN)で架橋した3次元構造体Co3[W(CN)8]2(ピリミジン)4・6H20において、2種類の波長の光により磁石と非磁石の状態間を可逆的にスイッチングする光磁性現象を示すことを見出した。この物質に840nmの光を照射すると、色相が青色から赤色へと変化すると共に、強磁性相転移温度(Tc)が40K、保磁力(Hc)12kOeの強磁性相に転移することが観測された。光照射前の金属イオンの電子状態はCoIII(S=0)-WIV(S=0)状態をとっているが、840nm光(hvl)照射によって、WIVからCollへの電荷移動が起こり、CoII(S=3/2)-WV(S=1/2)状態に光誘起相転移することが分かった。一方、光誘起強磁性相に532nm(hv2)光を照射すると磁化は消失し、元の非磁性(ここでは常磁性)状態に戻ることが分かった。この逆光反応は、532nm光励起により逆電荷移動(Coll→WV)が起こっていることに起因している。観測された光誘起強磁性相の磁気相転移温度および保磁力の値は、これまでに報告されている光磁石の中で最も優れた値である。本物質でこのような高い性能が観測された理由としては、(i)この物質が、電荷移動型スピン相転移物質であること、(ii)磁性金属イオンが3次元シアノ架橋型構造をとっているためスピン間の磁気的相互作用が強く働いたこと、また(iii)非磁性状態と磁石状態で吸収する光の波長が大きく異なっていることによると考えられる。
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