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2021 年度 実績報告書

強相関ラジカル分子2次元ネットワークの物性探索と制御

研究課題

研究課題/領域番号 20H02707
研究機関名古屋大学

研究代表者

水津 理恵  名古屋大学, 理学研究科, 特任助教 (90373315)

研究分担者 坂本 一之  大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)
内橋 隆  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354331)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード強相関時ラジカル分子 / 分子間相互作用 / 立体π共役分子 / 分子ー基板相互作用 / 走査トンネル顕微鏡 / 気相光電子分光測定
研究実績の概要

本年度は、立体π共役分子である、フェナジン部位をもつトリプチセン誘導体Trip-Phzをもちいて二次元構造体の構築を重点的に行った。昨年度はAu(111)表面上にTrip-Phzを蒸着させ、昇華で得られた結晶と似た構造が形成されたことを報告した。このことから金基板は分子ー基板相互作用が弱いと考え、金基板と同程度の格子定数をもち、分子との相互作用がより強いAg(111)の清浄表面上にTrip-Phzを蒸着させたところ、THF溶液から得られた結晶中で見られたハニカム格子が形成されていることをSTMによって明らかにした。ハニカム構造の他にも1次元構造や2次元構造のドメインも観察されており、選択的にハニカム格子のみが形成される条件の検討が必要である。また、Trip-Phzは、C60と共結晶を形成したり、カーボンナノチューブを包接したりと、炭素材料への親和性が高いことがわかっている。そこでAg(111)上にTrip-PhzとC60を共蒸着させたところ、Trip-Phz分子によるハニカム格子の空孔にC60が内包された構造が比較的広範囲で観測された。さらに固体状態における電子状態を理解するために、ガス状態における分子の電子状態を気相光電子分光測定によって調べ、DFT計算との比較を行い、孤立状態における分子の電子状態に関する知見を得た。
上記の研究を進めていく上で、ライングラフ物性の概念を提唱した。ハニカム格子とカゴメ格子は全く別の格子と考えられがちであるが、ハニカム格子の格子点の中点に新たな点を置き、それらを結ぶとカゴメ格子になる。これを幾何学の用語で「ライングラフ」という。分子の重心がハニカム格子を形成していたとしても分子間相互作用が強い系においては、カゴメ格子の電子物性を示すということを、実例を挙げて説明した。

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

フェナジン部位をもつトリプチセン誘導体Trip-Phzをもちいて、Ag(111)上にハニカム格子を形成していることを確認しており、基板の格子定数や分子との親和性を適切に選ぶことで、溶液から得られた結晶構造と同じ構造を基板上に形成することが出来ることを示した。分子性二次元構造体の電子状態の観測における大きな問題点を1つ解決できたといえる。またC60の共蒸着によって基板上のハニカム格子の安定化できることを見いだしており、分子性ハニカム格子の電子構造の観測に適したサンプルの準備が順調に進んでいる。さらに孤立状態におけるTrip-Phzの電子構造を気相光電子分光にて明らかにしており、固体状態の電子状態に関する考察が可能となっている。一方、角度分解光電子分光(ARPES)システムの立ち上げに関して、昨年度導入予定であったヘリウム光源が、新型コロナウィルスの世界的流行により納品が遅れたことに加え、別予算によってスピンマニピュレータおよびスピン検出器を次年度に導入することとなり、それに先だって光電子アナライザーの改造を進めたため、ARPES部分は当初計画より半年遅れでの稼働となった。
光電子分光システムの稼働は半年遅れたが、次年度にはSARPES測定が可能となること、また物質開発や二次元構造体の作製は当初の計画よりも進んでいることから、全体としてはおおむね順調に進んでいると考えている。

今後の研究の推進方策

本年度立ち上げを行った角度分解光電子分光装置を使って、Ag(111)表面上に作製したTrip-Phz分子のハニカム格子の電子構造を調べる。同装置には、有機分子蒸着源と低速電子線回折装置が備わっており、作製したサンプルを大気に曝露することなく構造解析と光電子分光測定が可能である。これにより分子配列と電子状態に関する知見を得る。また蒸着槽には、基板加熱機構が備わっているため、蒸着時の基板の温度を変えることで、構造変化が起きるかどうかを調べる。さらに走査トンネル分光も行うことで、局所的な電子状態についての知見を得る。走査トンネル分光については、研究分担者の内橋が担当する。
さらにもう1つの強相関ラジカル分子群であるチアジル基をもつ金属ポルフィラジン化合物を、超伝導体やトポロジカル絶縁体の上に蒸着し、転移温度や表面の電子状態へどのような影響を与えるかを調べる。ポルフィラジン化合物は、チアジル基を介した分子間相互作用が可能であり、広い分子平面をもつため、原子レベルでフラットな金属単結晶以外の、凹凸のある基板の上にも二次元構造体を作ることが出来ると考えられる。二次元構造体としての金属ポルフィラジンのスピンと基板との相互作用について、スピン分解光電子分光測定を行い、3次元のスピン情報に関する知見を得る。スピン分解光電子分光測定については研究分担者の坂本と協力して行う。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] バルセロナ大学(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      バルセロナ大学
  • [国際共同研究] ウィスコンシン大学ミルウォーキー校(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ウィスコンシン大学ミルウォーキー校
  • [雑誌論文] Line graph theory reveals hidden spin frustration and bond frustration in molecular crystals with strong isotropy2022

    • 著者名/発表者名
      Suizu Rie、Awaga Kunio
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 10 ページ: 1196~1203

    • DOI

      10.1039/d1tc05161j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exfoliation of Al-Residual Multilayer MXene Using Tetramethylammonium Bases for Conductive Film Applications2022

    • 著者名/発表者名
      Saita Emi、Iwata Masaki、Shibata Yuki、Matsunaga Yuki、Suizu Rie、Awaga Kunio、Hirotani Jun、Omachi Haruka
    • 雑誌名

      Frontiers in Chemistry

      巻: 10 ページ: 841313-1~8

    • DOI

      10.3389/fchem.2022.841313

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilization of Interfacial Polarization and Induction of Polarization Hysteresis in Organic MISIM Devices2021

    • 著者名/発表者名
      Yokokura Seiya、Tomimatsu Akihiro、Ishiguro Jun、Harada Jun、Takahashi Haruka、Takahashi Yukihiro、Nakamura Yuto、Kishida Hideo、Suizu Rie、Matsushita Michio M.、Awaga Kunio
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 13 ページ: 31928~31933

    • DOI

      10.1021/acsami.1c08417

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3D supramolecular chiral crystal structures of radical anion salts of (-)-NDI-Δ and possible magnetic phase diagrams2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuno Asato、Shuku Yoshiaki、Suizu Rie、Tsuchiizu Masahisa、Awaga Kunio
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 23 ページ: 5053~5059

    • DOI

      10.1039/D1CE00628B

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial Control of Charge Doping in n-Type Topological Insulators2021

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Kazuyuki、Ishikawa Hirotaka、Wake Takashi、Ishimoto Chie、Fujii Jun、Bentmann Hendrik、Ohtaka Minoru、Kuroda Kenta、Inoue Natsu、Hattori Takuma、Miyamachi Toshio、Komori Fumio、Yamamoto Isamu、Fan Cheng、Kr?ger Peter、Ota Hiroshi、Matsui Fumihiko、Reinert Friedrich、Avila Jos?、Asensio Maria C.
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 21 ページ: 4415~4422

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c01100

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Surface atomic-layer superconductors with Rashba/Zeeman-type spin-orbit coupling2021

    • 著者名/発表者名
      Uchihashi Takashi
    • 雑誌名

      AAPPS Bulletin

      巻: 31 ページ: 27-1~20

    • DOI

      10.1007/s43673-021-00028-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 表面原子層超伝導体におけるスピン分裂と動的なスピン運動量ロッキング効果2021

    • 著者名/発表者名
      内橋隆、吉澤俊介、矢治光一郎、小林宇宏、坂本一之
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 56 ページ: 723~733

    • 査読あり
  • [学会発表] Investigation of the Origin of Photo-Induced Doping on TlBiSe22022

    • 著者名/発表者名
      R. Itaya, Y. Toichi, R. Nakanishi, Y. Nakata, K. Kasai, K. Kuroda, M. Arita, I. Yamamoto, K. Fukutani and K. Sakamoto
    • 学会等名
      The 26th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 国際学会
  • [学会発表] C3対称性を有するトリプチセン誘導体Trip-Phzによる分子性ハニカム格子の電子構造と分子配列2022

    • 著者名/発表者名
      瀬間亮太、山内早希、後口遼、根本諒平、内橋隆、福谷圭祐、解良聡、水津理恵、阿波賀邦夫
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 有機デバイスにおける界面分極の安定化と分極ヒステリシスの誘発2022

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也、富松明宏、原田潤、高橋幸裕、中村優斗、岸田英夫、水津理恵、松下未知雄、阿波賀邦夫
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 光電子運動量顕微鏡を用いた温度に依存したη-Mo4O11の電子状態の解明2022

    • 著者名/発表者名
      小林宇宏、松井文彦、岩本恵実、宮田全展、小矢野幹夫、菅滋正、坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] 貴金属表面上分子性ハニカム格子のSTM観察2022

    • 著者名/発表者名
      根本諒平、後口遼、水津理恵、内橋隆、阿波賀邦夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] 光エネルギーに依存したTlBiSe2への光誘起ドーピング効果2022

    • 著者名/発表者名
      板谷亮太、戸市裕一郎、中西龍也、榎原成則、葛西健太郎、中田慶隆、黒田健太、福谷圭祐、山本勇、有田将司、坂本一之
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] Surface atomic-layer superconductors: molecules heterostructures and dynamic spin-momentum locking2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Uchihashi
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exotic electronic properties of molecular graphenes formed by highly-correlated organic radicals2021

    • 著者名/発表者名
      R. Suizu, T. Uchihashi, R. Ushiroguchi, and K. Awaga
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Variable host-guest charge-transfer interactions in 1D channels formed in molecule-based honeycomb lattices of phenazine-fused triptycenes2021

    • 著者名/発表者名
      R. Ushiroguchi, R. Suizu, and K. Awaga
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecule-based honeycomb lattices of redox-active triptycene derivatives2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuzuo, R. Ushiroguchi, R. Suizu, and K. Awaga
    • 学会等名
      The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 強相関ラジカル分子をもちいた分子性ハニカム格子の構築と電子構造2021

    • 著者名/発表者名
      水津理恵
    • 学会等名
      2021年度物性研究所短期研究会(分子性固体研究の拡がり:新物質と新現象)
    • 招待講演
  • [学会発表] Spatial Control of Charge Doping in n-Type Topological Insulators2021

    • 著者名/発表者名
      K. Sakamoto, H. Ishikawa, T. Wake, C. Ishimoto, J. Fujii, H. Bentmann, M. Ohtaka, K. Kuroda, N. Inoue, T. Hattori, T. Miyamachi, F. Komori, I. Yamamoto, C. Fan, P. Krueger, H. Ota, F. Matsui, F. Reinert, J. Avila, and M. C. Asensio
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Surface Science
    • 国際学会
  • [学会発表] Clarification of the origin of the frustration-induced phase transition in reduced diamond lattice2021

    • 著者名/発表者名
      R. Suizu and K. Awaga
    • 学会等名
      17th International Conference on Molecule Based Magnets
    • 国際学会
  • [学会発表] TlBiSe2への光誘起ホールドーピング2021

    • 著者名/発表者名
      板谷亮太、戸市裕一郎、福谷圭佑、山本勇、有田将司、坂本一之
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2021
  • [学会発表] 有機分子を吸着させたIn/Si-(√7×√3)の電子状態変調2021

    • 著者名/発表者名
      稲垣俊輔、小林宇宏、榎原成則、馬地蒼士郎、横田健太、山本勇、内橋隆、坂本一之
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2021
  • [学会発表] TlBiSe2における光誘起ドーピングの光エネルギー依存性2021

    • 著者名/発表者名
      板谷亮太、戸市裕一郎、中西龍也、葛西健太郎、中田慶隆、黒田健太、福谷圭祐、山本勇、有田将司、坂本一之
    • 学会等名
      2021年度関西薄膜・表面物理セミナー
  • [学会発表] 擬二次元導電体η-Mo4O11のバンド構造2021

    • 著者名/発表者名
      岩本恵実、小林宇宏、松井文彦、菅滋正、坂本一之
    • 学会等名
      2021年度関西薄膜・表面物理セミナー
  • [学会発表] Ag基板上に成長したTl単結晶薄膜のスピン偏極電子状態2021

    • 著者名/発表者名
      小林宇宏、中田慶隆、八百板裕智、岩岡睦生、古賀真理子、矢治光一郎、藤井純、小野新平、Yasmine Sassa、秋山了太、長谷川修司、坂本一之
    • 学会等名
      2021年度関西薄膜・表面物理セミナー
  • [学会発表] PTCDA吸着原子層超伝導体In/Siの電子状態2021

    • 著者名/発表者名
      榎原成則、小林宇宏、稲垣俊輔、横田健太、山本勇、Jacek Osiecki、Khadiza Ali、Craig Polley、内橋 隆、坂本一之
    • 学会等名
      2021年度関西薄膜・表面物理セミナー
  • [学会発表] F4TCNQ吸着によるIn/Si-(√7×√3)の電子状態変調2021

    • 著者名/発表者名
      稲垣俊輔、小林宇宏、榎原成則、馬地蒼士郎、山本勇、坂本一之
    • 学会等名
      2021年度関西薄膜・表面物理セミナー
  • [学会発表] モーメンタムマイクロスコープによるη-Mo4O11の電子状態の測定2021

    • 著者名/発表者名
      小林宇宏、岩本恵実、坂本一之、松井文彦、菅滋正
    • 学会等名
      UVSORシンポジウム2021
  • [学会発表] 固体表面上に作製した分子性ハニカム格子の電子物性2021

    • 著者名/発表者名
      水津理恵、根本諒平、後口遼、内橋隆、阿波賀邦夫
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] 有機MISIMデバイスにおける界面分極の安定化と分極ヒステリシス2021

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也、富松明宏、原田潤、高橋大空、高橋幸裕、中村優斗、岸田英夫、水津理恵、松下未知雄、阿波賀邦夫
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] トリプチセン誘導体によるカーボンナノチューブのゲル化現象2021

    • 著者名/発表者名
      後口遼、水津理恵、阿波賀邦夫
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [学会発表] 有機分子吸着による原子層超伝導体In/Siの電子状態変調2021

    • 著者名/発表者名
      榎原成則、小林宇宏、稲垣俊輔、芝野佑哉、山本勇、坂本一之
    • 学会等名
      令和3年度日本表面真空学会九州支部学術講演会

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公開日: 2022-12-28  

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