気相有機金属クラスターの構造と電子状態およびその反応ダイナミクス

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 00J04527
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 宮島 謙 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Keywords: クラスター / 磁気モーメント / 電子スピン / レーザー蒸発 / Stern-Gerlach / 有機金属 / 国際研究者交流 / 米国

Research Abstract

本年度は、1.気相有機金属クラスターの磁気モーメント測定(米国ANL Knickelbein教授との共同研究)と解析、および2.大型環状配位子のソフトレーザー蒸発による気相への導入の2つを中心に進めた。
1.気相中で有機金属クラスターに対し不均一磁場を用いた磁気モーメントの測定(Stern-Gerlach実験)を行なった。磁場によるクラスタービームの偏向の解析を行った結果、バナジウム-ベンゼン多層サンドイッチクラスターV_n(C_6H_6)_<n+1>(n=1-6)で、磁気モーメントがサイズ増加に伴い単調な増加をすることを発見した。これは非結合性dσ軌道に存在する孤立電子スピンの数を反映したものと解釈できる(μ_z=2Sμ_B;S=n/2)。少なくとも5層まではV原子上の電子スピンが強磁性的に平行となっていることがわかった。これはV原子にはさまれたベンゼン分子に生じるスピン分極の寄与によるものと推定している。
2.気相中で有機金属クラスターの多様性のさらなる展開を図るには、修飾した配位子など不揮発性で大型の配位子を気相中に用意する方法論の確立が重要と考えられる。今回はπ共役系をもつ大型環状分子のフタロシアニン(H_2pc/Na_2pc)を対象とした。ステンレス棒に塗布したフタロシアニンとテルビウム(Tb)金属棒をそれぞれレーザー蒸発することによりTb_n(pc)_<n+1>クラスター(n=1-4)を生成することに成功した。また、Na_2pcを用いた実験によって、フタロシアニン配位子が-2価アニオンとなっていることが、生成したクラスターのNa原子数から解明され、さらに余剰Na付着によるイオン化エネルギーの低下と光電子スペクトルの形状変化を分子軌道から解釈することに成功した。

Research Products

• [Publications] K.Miyajima, K.Muraoka, M.Hashimoto, T.Yasuike, S.Yabushita, A.Nakajima, K.Kaya: "Quasi-Band Electronic Structure of V_n(Benzene)_<n+1> Clusters"Journal of Physical Chemistry A. 106・45. 10777 (2002)
• [Publications] K.Miyajima E.Okada, A.Nakajima, K.Kaya: "The Electronic Structures of Terbium-Phthalocyanine Sandwich Clusters"Chemistry Letters. 2・3(印刷中). (2003)
• [Publications] M.Ohara, Y.Nakamura, Y.Negishi K.Miyajima A.Nakajima, K.Kaya: "Behavior of silicon and germanium clusters on C_<60> fullerene"Journal of Physical Chemistry A. 106・18. 4498 (2002)
• [Publications] M.Ohara, K.Miyajima, A.Pramann, A.Nakajima, K.Kaya: "Geometric and electronic structures of terbium-silicon mixed clusters (TbSi_n;6≦n≦16)"Journal of Physical Chemistry A. 106・15. 3702 (2002)