| 研究課題/領域番号 |
25287091
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 分子科学研究所 |
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研究代表者 |
中村 敏和 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 准教授 (50245370)
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| 研究分担者 |
古川 貢 新潟大学, 研究推進機構, 准教授 (90342633)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 電子スピン共鳴 / 核磁気共鳴 / 有機導体 / スピン計測 |
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| 研究概要 |
平成25年度は，電子－電子二重共鳴による電子スピン共鳴長距離計測ならびに電子－核二重共鳴を含むNMR計測系の構築に主眼を置いた。NMR計測のためのマグネット部分と分光器の主要部分は研究代表者が所有している既存機器での充当が可能であるが，パルスの制御ならびに信号解析を行うためのコンソール部分の更新が必要であるために，パルス発生器（パルサー）ならびに信号入力部（ADユニット）を更新した。当初，電場印加測定のために当該研究費にて平成25年度に購入予定であった電気化学計測システムは，所属機関により共同利用設備として整備される事となり，科研費の効率的な運用を考えるために次年度へ繰り越した。加えて，電子－核二重共鳴のためのrfパワーアンプも平成25年度末に所属機関により共同利用設備として整備されたので，これらの本課題遂行に必要な分光装置群に対して整備・調整を行っている。
当初想定した有機導体研究（１）一次元有機導体 (TMTTF)2X系の異常スピン一重項状態ならびに競合電子相の発現機構，（２）二次元電子系κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3に関して試料作成と予備測定を行った。この他に，自己キャリアドープTTFCOO系ならび類縁体の電子状態研究ならびに，共有結合性有機フレームワーク（COF）の光誘起緩和過程研究に関する飛躍的な研究発展があったために，こちらの研究も推進した。これらの研究は，やはり導電性電子対の生成消滅過程に関わるものであり，本課題の対象としても，重要な意味を持っている。自己キャリアドープ系は強磁場ESRならびに1H-NMR測定はすでに完了しており，現在論文投稿準備中である。COFは非常に長い電荷分離状態を保持し，その過渡的な電子緩和過程を詳細に時間分解ESRで測定可能である．その研究成果に関して論文発表を行っている。
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| 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
現在まで概ね順調に進んでいると判断できる。平成25年度にパルスESR計測系ならびに核磁気共鳴系の構築が為された。また，電子－核二重共鳴に必要な高出力アンプも所属機関で導入されたので，これを用いた計測も可能となっている。課題当初に想定していた対象である一次元有機導体 (TMTTF)2X系ならびにκ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3は，我々が長年研究を行ってきた系であり，試料合成などとの準備が問題なく行えている。また，自己キャリアドープ型TTFCOO系ならび類縁体の電子状態研究ならびに，共有結合性有機フレームワーク（COF）の光誘起緩和過程研究に関する飛躍的な研究発展があったために，研究対象の拡がりや波及効果も期待できる。自己キャリアドープ系の強磁場ESRならびに1H-NMR測定はすでに完了しており，現在論文投稿準備中である。次元性やドーピング量が制御可能で従来の有機導体ではカバー出来ない網羅的な研究が可能な対象となっている。また，新規な系も開発されており物質開拓面でも次年度以降のさらなる成果が期待できる。COFは共有結合で結ばれた多孔性物質であり，触媒や光機能を持つことで着目されている。すでに，光誘起による非平衡状態で時々刻々と変わる電子状態を微視的な観点から理解するために，光誘起時間分解法による先端的ESR計測により，その電子状態ならびに緩和過程やキャリアの発現機構に関して考察を行っている。種々の系に対して電荷分離状態の寿命を計測し，分子構造との相関を議論している。これらの研究成果に関してはすでに論文発表を行っている。
平成26年度以降は，これら当初想定していなかった新たに開発された系の進捗も踏まえ，一連の物質群への先端的な磁気共鳴測定による研究進展の目処が付いた。
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| 今後の研究の推進方策 |
パルス電子－電子二重共鳴や電子－核二重共鳴といった空間・時間分解可能な計測により，電子対相関が重要な反強磁性・スピン一重項転移・超伝導・Valence-Bond状態など，多体系の相関関数を空間的・時間的に直接的に計測する。ESR・構造解析・分子軌道計算の研究結果と密接に連携を行い，電子対の起源を理解し，競合する電子相の発現機構解明にせまる。上記研究と平行して，外場誘起時間分解計測による非平衡状態での電子対の構造およびダイナミックス計測研究に挑む。
電子－電子二重共鳴は，異なる二つの共鳴周波数のマイクロ波を照射することで，電子間の干渉から距離に関する情報を得る計測手法である。加えて，微視的な測定手法であるので，非晶質試料でも計測が可能であり，また統計的な分布に関する情報も得ることが出来る。動的情報が得られ，非平衡状態の時間分解計測も行えることは，X線計測では得られない有利な点である。低次元有機導体単結晶試料に対してこの電子－電子二重共鳴や電子－核二重共鳴を適用し，電荷分布の異方性や温度依存性，また動的挙動に関する知見を得る。有機導体は軽元素から構成されスピン軌道相互作用が小さく，また異方的な低次元電子系であるためにスピン緩和が遅く，磁気共鳴計測のタイムスケールから得られるスピン・電荷揺らぎに関する情報は非常に重要である。
平成26年度は引き続き上述の課題を推進する。加えて，Rabi振動による電子ー電子相関計測を整備し，中から長距離の距離相関精密解析，ならびに遅いタイムスケール(msec～μsec)の動的情報を調べる。これまでにも13C-NMRや誘電緩和測定により非常に遅いスケールでの電荷・スピン揺らぎが報告されているが，その起源については推測の域を出ていないのが実情である。最近の進展を踏まえ有機道体系ならびに導電性機能性物質のスピン間相互作用に関する知見の考察も行う。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当初，科研費で購入予定であった電気化学計測システムが，所属機関により共同利用設備として整備される事となり，科研費の効率的な運用を考えるために次年度へ繰り越した。
実験データ解析のための謝金等などに充当する予定である。
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