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2015 Fiscal Year Annual Research Report

有機分子による磁気格子設計と新しい量子現象

Research Project

Project/Area Number 15H03695
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

細越 裕子  大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50290903)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords有機磁性体 / 有機ラジカル / 量子スピン系 / 結晶構造 / 磁化率 / 比熱 / 基底状態 / 磁気的競合
Outline of Annual Research Achievements

安定有機ラジカルとして知られるニトロニルニトロキシドおよびフェルダジルのπ共役系を制御することで、多方向への磁気ネットワーク形成を行った。特に、ラジカル平面と、これと連結するπ共役平面との間の二面角を大きくすることが、多方向への磁気ネットワーク形成に有効であることを実証した。以下に代表的な具体的成果を示す。
3-(2,6-ジクロロフェニル)-1,5-ジフェニルフェルダジルは結晶中で、ハロゲノフェニル平面と、フェルダジル平面とをほぼ直交させ、多方向への分子間接近がみられた。結晶学的に独立な2分子のうち、一方が分子内に2回軸を含むため、2分子の存在比が2:1となり、その結果、部分的に頂点共有された五角形格子が三次元的に連なる格子が形成された。磁気相互作用の競合が示唆され、磁化が飽和する近傍に、新しい量子磁気相の出現が観測された。
ビフェニルの2位にニトロニルニトロキシドを置換した化合物において、結晶中で、フェニル平面とニトロニルニトロキシド平面とが約80°捻じれることを見出した。類縁骨格3種類において、類似の二本足梯子格子の形成に成功した。磁化曲線から、飽和近傍で磁気相の存在が示唆され、対角方向の次近接相互作用との関係に興味が持たれている。
また、ラジカル平面とπ共役平面とが捻じれた骨格を持つニトロニルニトロキシドビラジカルを数種合成し、二次元あるいは三次元的な磁気ネットワークが形成されることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

多次元量子磁気格子の量子効果を解明する上で、二次元および三次元磁気格子を戦略的に合成することは必要不可欠であるが、多次元磁気格子形成のための分子設計指針を得ることができたため。また、いくつかの物質について低温磁場中物性測定において、新しい磁気相の観測に成功しており、二年次以降にその詳細を明らかにする方針が明確になったため。

Strategy for Future Research Activity

初年次に得られた量子磁性体について、低温磁場中熱測定を行い、その量子相の性質を探る。また、初年次に得られた分子設計指針に基づき、新しい量子磁性体の合成を行う。磁気的な競合をもつフラストレート磁性体についても合成を進める。低温構造解析と低温磁場中各種物性測定を進め、新しい量子磁気状態の観測と量子化機構の解明研究を発展的に継続する。

  • Research Products

    (18 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Unconventional S = 2 alternating chain realized by a metal-radical hybrid-spin approach2016

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, Y. Shinpuku, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, M. Hagiwara, T. Kawakami, K. Iwase, T. Ono, and Y. Hosokoshi
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 93 Pages: 115145/1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.115145

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum phase near the saturation field in the S = 1/2frustrated spin ladder2015

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, H. Miyagai, Y. Kono, S. Kittaka, T. Sakakibara, K. Iwase, T. Ono, T. Shimokawa, and Y. Hosokoshi
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 91 Pages: 125104/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.125104

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental Realization of a Quantum Pentagonal Lattice2015

    • Author(s)
      H. Yamaguchi, T. Okubo, S. Kittaka, T. Sakakibara, K. Araki, K. Iwase, N. Amaya, T. Ono, Y. Hosokoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 5 Pages: 15327/1-6

    • DOI

      10.1038/srep15327

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ニトロニルニトロキシドビラジカルの分子平面のねじれが分子内、及び分子間磁気相互作用に及ぼす影響2016

    • Author(s)
      大塚 怜・天谷 直樹・山口 博則・小野 俊雄・野尻 浩之・細越 裕子
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス、京都市、京都府
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] S = 1 スピンラダー系物質BIP-TENOの超強磁場磁化測定と磁気熱量効果2016

    • Author(s)
      野村和哉,小濱芳允,松田康弘,嶽山正二郎,金道浩一,天谷直樹,小野俊雄,細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス、仙台市、宮城県
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 新しいS=1有機ビラジカルTPNNNOの磁性2016

    • Author(s)
      三宅陽太,天谷直樹,山口博則,小野俊雄,細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス、仙台市、宮城県
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 反強磁性ハニカム格子磁性体2-Cl-3,6-F2-Vの低温物性2016

    • Author(s)
      岡部俊輝,山口博則,小野俊雄,細越裕子,橘高俊一郎,榊原俊郎
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス、仙台市、宮城県
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 分子平面のねじれたニトロニルニトロキシドラジカルによる二次元反強磁性体2016

    • Author(s)
      井川直哉,天谷直樹,山口博則,小野俊雄,細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス、仙台市、宮城県
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] スピン1/2有機フェロレッグラダー物質の磁場誘起量子臨界現象2016

    • Author(s)
      河野洋平,橘高俊一郎,山口博則,細越裕子,榊原俊郎
    • Organizer
      日本物理学会 第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学 泉キャンパス、仙台市、宮城県
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Designing of quantum spin magnets by π-conjugated organic radicals2015

    • Author(s)
      Yuko Hosokoshi
    • Organizer
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem2015)
    • Place of Presentation
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawai, USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Designing of Quantum Spin Magnets by Organic Radicals2015

    • Author(s)
      Yuko Hosokoshi
    • Organizer
      The 9th Japanease-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
    • Place of Presentation
      Awaji Yumebutai International Conference Center, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-11
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 有機ラジカルを用いた量子スピン系の開発2015

    • Author(s)
      細越裕子
    • Organizer
      総合科学研究機構東海事業センター(CROSS東海)研究会「CROSSroads of Users and J-PARC」第16回「電子物性研究とその将来」
    • Place of Presentation
      いばらき量子ビーム研究センター、東海村、茨城県
    • Year and Date
      2015-10-14 – 2015-10-15
    • Invited
  • [Presentation] S = 1 スピンラダー系物質BIP-TENOの超強磁場磁化測定2015

    • Author(s)
      野村和哉,松田康弘,嶽山正二郎,天谷直樹,小野俊雄,細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス、吹田市、大阪府
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] 有機磁性体による低次元量子スピン系研究の最近の展開2015

    • Author(s)
      細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス、吹田市、大阪府
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • Invited
  • [Presentation] ねじれた分子骨格をもつニトロニルニトロキシドラジカルによるスピンラダーの構築2015

    • Author(s)
      奥田恭平,菊地健太郎,山口博則,小野俊雄,天谷直樹,野尻浩之,細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス、吹田市、大阪府
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] フェルダジルラジカル系物質を用いた強磁性鎖からなるスピンラダーの量子臨界性の研究2015

    • Author(s)
      河野洋平,橘高俊一郎,榊原俊郎,山口博則,細越裕子
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス、吹田市、大阪府
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] Magnetization process of S = 1 spin ladder compound BIP-TENO in high magnetic fields up to 100 T2015

    • Author(s)
      Kazuya NOMURA, Yasuhiro MATSUDA, Shojiro TAKEYAMA, Naoki AMAYA, Toshio ONO, Yuko HOSOKOSHI
    • Organizer
      International Conference on Research in High Magnetic Fields
    • Place of Presentation
      Maison MINATEC, Grenoble, France
    • Year and Date
      2015-07-01 – 2015-07-04
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 有機分子により五角形から成る量子磁気ネットワークを実現

    • URL

      http://www.osakafu-u.ac.jp/info/publicity/release/2015/pr20151030.html

URL: 

Published: 2017-01-06  

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