| 研究課題/領域番号 |
25220803
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
井上 克也 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40265731)
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| 研究分担者 |
戸川 欣彦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00415241)
鳥養 映子 山梨大学, 総合研究部, 教授 (20188832)
菊地 耕一 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (40177796)
松浦 弘泰 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40596607)
美藤 正樹 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60315108)
秋光 純 青山学院大学, 理工学部, 教授 (80013522)
岸根 順一郎 放送大学, 教養学部, 教授 (80290906)
萩原 政幸 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10221491)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | キラル磁性 / 一軸性キラリティ / トポロジカル効果 / スピントロニクス / キラル結晶成長 |
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| 研究実績の概要 |
本研究計画の目的は、①固体のchiralityを化学的な手法を最大限活用して、エナンチオ純粋（100% e.e.）なキラル磁性体の新規合成、結晶成長させる手法を確立すること、②理論的に新物性を開拓すること、③キラル磁性体を用いて特有の新しい物性を実験的に開拓、発見すること、④キラル磁性体の応用への可能性を見出し、そのポテンシャルを明らかにすること、⑤これらを総合的かつ効率的に進めることにより新しい分野を開拓すること、を目的として進めている。以下に各項目の２６年度達成状況を次に示す。特に重要な成果（対応する上記目的番号）・無機キラル磁性体CsCuCl3のエナンチオ純粋(100% e.e.)な単結晶の育成、手法の確立（①④⑤）CsCuCl3はこれまで30年以上にわたって研究されてきた物質であるが、統一的な研究結果は得られておらず、最近の研究により、左右のchiralドメインが混ざった結晶であることが原因であることが明らかとなった。２６年度は、攪拌法を用いた精密制御された結晶育成を行うことにより、100% e.e.の種結晶の育成に成功した。・分子性chiral磁性体について、自然分晶法に関する新知見（①⑤）無機chiral磁性体に対して分子性chiral磁性体では、右、左の100% e.e.の単結晶の作り分けが可能でさらには構造的にほとんど同じラセミ体の単結晶が作れる利点があるが、手法はchiral配位子の導入による不斉誘導法である。もう一つの育成法の自然分晶法は、確率的に極めて小さく、実際の適用は困難である。２６年度はある種のアキラル分子を用いた錯体で高確率にchiral磁性体が生成することを見出した。上記以外の顕著な成果としては分子性キラル磁性体のESR測定＜JAP 2013＞に成功した。
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| 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
①無機キラル磁性体CsCuCl3のエナンチオ純粋(100% e.e.)な単結晶の育成、手法の確立；無機キラル結晶では、左右の結晶構造の差が小さく、一般に結晶育成した場合はラセミ混晶になるのが普通であるが、結晶にストレスを与えないように、激しく攪拌することによってキラルな単一ドメインの種結晶を得ることに成功した。さらに種結晶から成長させることも一般には困難であるが、注意深く行うことによって、達成することができた。
・分子性chiral磁性体について、自然分晶法に関する新知見；一般に自然分晶によるキラル結晶成長は、一般則は全く知られておらず、かつキラル自然分晶率は０．１％程度であることが知られている。つまり自然分晶する結晶を見出すことは、非常に非効率的であり、このことが高いハードルを与えていた。しかしながら本研究で、アキラルな分子の一部で、高確率で自然分晶する系を見つけた。一般的な自然分晶率の0.1%に比べて66.6%の自然分晶率は極めて高く、これまでにに知られている自然分晶率を大幅に上回る。高温高圧下での合成法である水熱合成法を用いることによって、結晶サイズはまだ小さいものの、単一キラルドメイン結晶の育成に成功した。水熱合成法で単一キラルドメイン結晶が得られたのは世界で初めての例である。②、③、④磁気抵抗効果の観測に成功した。磁気抵抗はキラルスピンソリトン数で規格化でき、理論式と一致した。キラル磁性体のキラルスピンソリトン数による磁気抵抗効果に関しても世界初の観測である。これらの結果は、当初予想していた成果を上回るものである。
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| 今後の研究の推進方策 |
化学制御を主眼に置き、新しい分子性キラル磁性体、無機キラル磁性体の創製を進める。
自然分晶の機構を解明し、キラル結晶成長に関する知見を明らかにし、自然分晶法を確立する。キラル磁性体特有の新しい物性、特異的スピンダイナミクス、非相反効果の観測を進める。分子キラル磁性体で非整合chiral磁気構造を実現するため、加圧による結晶・磁気・弾性異方性の間の関連性を解明する。巨大非線形磁気応答と弾性自由度との結合効果を観測する実験システムを使い、ミクロ磁気弾性効果に関する新しい知見を集積する。また、岸根らによって提唱されているchiral磁性結晶におけるスピンカレントの初検出を目指す。特異磁気抵抗効果、信号伝達等の観測を進める。ミクロ弾性理論の物質科学への応用という未開拓の分野に集中して取り組む。これによって、超音波によるスピンカレント駆動というまったく新しい概念を確立する。物性理論の結果を数値計算により具体化し、実験結果との比較および原因解析を進める。現在開発中の、深さ方向にnm分解能を持つ物質内部スピン状態のイメージング法に、本研究でμSR用三軸分光器を開発して世界初の物質中完全スピン計測を実現することにより、マクロスケールで制御されたChiral磁性体の深さ方向のスピン位相の実空間観測と、その時間空間相関の解明に取り組む。
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