分子性結晶への新奇キャリアドーピング法の確立と精密電子状態制御

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22KJ2334
• 配分区分: 基金
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 眞邉 潤 広島大学, 先進理工系科学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• キーワード: イオン交換 / クラウンエーテル / 単結晶Ｘ線構造解析 / 電気伝導性

研究実績の概要

本研究では，イオン交換機能を利用したキャリア量制御法の開発を目指した。対象物質には，クラウンエーテルによって形成されるイオンチャネル構造と，局在電子系を形成する[Ni(dmit)2]が共存した結晶Li2([18]crown-6)3[Ni(dmit)2]2 (Li塩)を用いた。このLi塩を金属イオンが含まれた水溶液中に浸すと，結晶内のLi＋と水溶液中の金属イオンが交換される。この機能を利用してCa2＋イオンと電子受容性のCu2＋イオンを同時に交換することで，結晶に注入するキャリア量の制御を行った。
前年度までに，Ca2+イオン交換後の結晶に対する単結晶X線構造解析やイオン交換機構の検討及び，Ca2+イオンとCu2+イオンの同時交換とその元素分析・電気伝導性評価を実施した。また，結晶中にCa2+イオンとCu2+イオンを同時に導入することで，結晶中のキャリア量制御に成功した。本年度では，イオン交換に用いる水溶液中のCa2+イオンとCu2+イオンの濃度比（仕込み比）を調整することで，結晶中に導入するキャリア量（Cu2+イオンの量）の制御を行った。導入量を最適化していく中で，最も低い室温比抵抗は1.9Ωcm示し，Li塩の値（48MΩcm）に比べて７桁も低下することを明らかにした。以上の結果は，イオン交換を利用することで，これまで困難であった分子性結晶へのキャリアドーピングの可能性を発見したという点で学術的に重要な知見をもたらしたと考えている。今後，この手法を他の物質に対しても適用していくことで，超伝導相転移を示す材料の発見にもつながると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Redox Activity of IrIII Complexes with Multidentate Ligands Based on Dipyrido‐Annulated N‐Heterocyclic Carbenes: Access to High Valent and High Spin State with Carbon Donors (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Nakanishi、Leonardo I. Lugo‐Fuentes、Jun Manabe、Ronghao Guo、Soichi Kikkawa、Seiji Yamazoe、Kenji Komaguchi、Shoko Kume、Dariusz W. Szczepanik、Miquel Sola、J. Oscar C. Jimenez‐Halla、Sadafumi Nishihara、Kazuyuki Kubo、Masaaki Nakamoto、Yohsuke Yamamoto、Tsutomu Mizuta、Rong Shang
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 29 ページ: e202302303
  • DOI: 10.1002/chem.202302303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Irreversible Structural Phase Transition in [(9‐triptycylammonium)([18]crown‐6)][Ni(dmit)2]: Origin and Effects on Electrical and Magnetic Properties (2023)
  • 著者名/発表者名: Jun Manabe、Nagisa Sako、Mizuki Ito、Masaru Fujibayashi、Chisato Kato、Goulven Cosquer、Katsuya Inoue、Kiyonori Takahashi、Takayoshi Nakamura、Tomoyuki Akutagawa、Seiya Shimono、Hiroki Ishibashi、Yoshiki Kubota、Sadafumi Nishihara
  • 雑誌名: European Journal of Inorganic Chemistry 巻: 26 ページ: e202300449
  • DOI: 10.1002/ejic.202300449
  • 査読あり
• [学会発表] 超分子カチオンからなるイオンチャネル構造を有する[Ni(dmit)2]塩の固相イオン・分子交換機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 眞邉潤、伊藤みづき、市橋克哉、今野大輔、藤林将、Cosquer Goulven、井上克也、芥川智行、高橋仁徳、中村貴義、西原禎文
  • 学会等名: 錯体化学若手研究会「錯体化学若手の会夏の学校2023」
• [学会発表] CAPTURE AND RELEASE OF IONS AND MOLECULES IN ION CONDUCTING CRYSTAL RESPONDING TO THE SOLUTION ENVIRONMENT (2023)
  • 著者名/発表者名: Jun Manabe, Mizuki Ito, Katsuya Ichihashi, Daisuke Konno, Masaru Fujibayashi, Goulven Cosquer, Katsuya Inoue, Tomoyuki Akutagawa, Kiyonori Takahashi, Takayoshi Nakamura and Sadafumi Nishihara
  • 学会等名: The 18th International Conference on Molecule-Based Magnets (ICMM2023)
  • 国際学会