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2011 年度 実績報告書

希土類量子磁石の磁気特性向上と量子ダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 23350067
研究種目

基盤研究(B)

研究分野 機能物質化学
研究機関奈良女子大学

研究代表者

梶原 孝志  奈良女子大学, 理学部, 教授 (80272003)

研究分担者 片岡 悠美子  奈良女子大学, 理学部, 助教 (00532194)
キーワード希土類金属 / 分子磁性 / 構造制御 / 単分子磁石 / 磁気異方性
研究概要

個々の分子が磁石として振舞う単分子磁石(Single Molecule Magnet,SMM)を研究対象とし,その設計指針の開拓を目指した研究を行った.希土類金属イオンを含むSMMについての研究は2004年以降盛んに行われている.分子の磁気モーメントを一方向に保持するための強い磁気異方性の発現について,大きな全角運動量を有するf金属イオンの利用が有効であるため,希土類金属イオンに注目が集まっているのである.2010年から2011年にかけ希土類イオンを含むSMM研究は世界的に加速されているが,磁気特性,特に磁気異方性の制御に関して明確な指針を明示した例はほとんどない.そこで,本年度は重希土類イオン全般を対象とし,磁気異方性発現の詳解と,分子設計による制御を目指した研究を展開した.
常磁性の三価の重希土類イオンとしてTb,Dy,Ho,Er,Tm,Ybが知られている.この順に4f電子が増加し電子構造も変化するため,それぞれについて理論的な考察を行いながら分子設計を行った.個々の金属イオンにおけるStark副準位の電子雲の空間的広がりに着目し,金属イオンが異方的な結晶場中におかれた際に生じる結晶場からの静電反発を精密に考察し,それぞれの副準位の相対的な安定化・不安定化を検討した.Ising性の強い副準位が安定化されるときに分子全体として容易軸型異方性が発現すると仮定し,等構造の一連の錯体について磁気特性を測定し,比較検討を行った.その結果,SMM特性の発現につながる容易軸型磁気異方性の有無と金属イオンの配位構造の間に明確な相関を見出した.これは偶然によらず,分子設計によって磁気異方性設計の可能性を明確に示すものであり,今後のSMM設計の指針を与える結果でもある.また,この指針を軽希土類イオンに応用することにより,世界初の軽希土類単分子磁石Ce(III)-SMMの合成にも成功した.

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

当初の計画では対象とする金属は重希土類金属イオンを想定し研究遂行を予定していた.しかし,研究の進展に伴い研究対象を軽希土類までに拡張し,世界で初の軽希土類単分子磁石の創製に成功した.

今後の研究の推進方策

本年度の研究成果により,研究対象が希土類金属全般に拡張された.これに伴い,従来の分子設計の指針が重希土類金属イオンだけではなく希土類金属イオン全般に一般化されたとともに,対象とする金属錯体のバリエーションが著しく拡張された.物質合成だけではなく,物性の理論,解釈についても新たな展開が必要となってきている.特に,磁化反転のダイナミクスに関する物性研究の展開が今後の課題となった.

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Magnetic Relaxation of Single-Molecule Magnets in an External Magnetic Field : An Ising Dimer of a Terbium(III)-Phthalocyaninate Triple-Decker Complex2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Chem.Eur.J.

      巻: 17 ページ: 117-122

    • DOI

      10.1002/chem.201002026

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural Design of Easy-axis Magnetic Anisotropy and Determination of Anisotropic Parameters of Ln(III)-Cu(II) Single-Molecule Magnets2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Chem.Eur.J.

      巻: 17 ページ: 196-205

    • DOI

      10.1002/chem.201002434

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wheel-shaped Er^<III>Zn^<II>_3 Sinele-Molecule Magnet : A Macrocyclic Approch to Designing Magnetic Anisotropy2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Angew.Chem.Int.Ed.

      巻: 50 ページ: 4016-4019

    • DOI

      10.1002/anie.201008180

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metal-organic frameworks with rare topologies : lonsdaleite-typed metal formates and their magnetic properties2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 13 ページ: 2197-2200

    • DOI

      10.1039/C1CE05031A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real time and space observation of domain wall migration in a MX-chain complex with a quasi-2D CDW state by using STM2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 47 ページ: 2160-2162

    • DOI

      10.1039/C0DT01051K

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Properties of Lanthanoid(III) Phthalocyaninato Triple-Decker Complexes in an External Magnetic Field and Electronic Transport Properties for Molecular Spintronics2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      J.Phys.Conf.Ser.

      巻: 303 ページ: 012035-012044

    • DOI

      1088/1742-6596/303/1/012035

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-Path Magnetic Relaxation of Mono-Dysprosium(III)Single-Molecule Magnet with Extremely High Barrier2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Chem.Eur.J.

      巻: 17 ページ: 7428-7432

    • DOI

      10.1002/chem.201003538

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Systematic Expansion of Supercubane Cores in Manganese Oxo Clusters with Tricarboxylate Ligands2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Eur.J.Inorg.Chem.

      ページ: 4325-4330

    • DOI

      10.1002/ejic.201100781

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonoxo 5-coordinate and 6-coordinate Vanadium(IV) Complexes with Their Precursor [LV^<III>(CH_3OH)]^0, where L=A Trianionic Aminetris(phenolate)-[N,O,O,O]Donor Ligand.A Magneto structural and EPR Study2011

    • 著者名/発表者名
      T.Kajiwara, et al
    • 雑誌名

      Dalton Trans

      巻: 47 ページ: 12719-12726

    • DOI

      10.1039/C1DT11277E

    • 査読あり
  • [学会発表] 直線状Zn(II)-Ln(III)-Zn(II)三核錯体の合成,構造とSMM挙動の発現2012

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 年月日
      2012-03-28
  • [学会発表] 直線状YbZn_2,ホイール状YbZn_3多核錯体における磁気異方性と遅い磁化緩和2012

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 年月日
      2012-03-28
  • [学会発表] 発光特性とSMM挙動の共存する直線状Zn(II)-Tb(III)-Zn(II)三核錯体2012

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 年月日
      2012-03-26
  • [学会発表] Zn(II)-Tb(III)-Zn(II)三核錯体におけるZn軸上に配位したアニオン応答性の希土類発光挙動2012

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 年月日
      2012-03-26
  • [学会発表] Zn(II)-Ln(III)-Zn(II)三核錯体の合成と近赤外希土類発光特性2012

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学
    • 年月日
      2012-03-25
  • [学会発表] ホイール状LnZn_3四核錯体における単分子磁石特性発現の希土類金属依存性2011

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      錯体化学会第61回討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学
    • 年月日
      2011-09-18
  • [学会発表] Dy(III)-Zn(II)二核錯体においてZn(II)上の軸配位子がSMM挙動に及ぼす効果2011

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      錯体化学会第61回討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学
    • 年月日
      2011-09-18
  • [学会発表] 直線状Zn(II)-Ln(III)-Zn(II)三核錯体におけるSMM挙動と磁気異方性の定量化2011

    • 著者名/発表者名
      梶原孝志, 他
    • 学会等名
      錯体化学会第61回討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学
    • 年月日
      2011-09-17

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公開日: 2013-06-26  

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