2023 Fiscal Year Research-status Report
Creation of Molecular Spin qubits with Magnetic Metal Complexes
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23KJ0169
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 雪菜 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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| Keywords | 磁気測定 / ESR / ポルフィリン / フタロシアニン / dimethyl glyoxime / 金属錯体 / COF |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気緩和に悪影響を与える格子振動を抑えるために、スピンキュービットとなりうる1D-3DのMOF, COFなどの合成を行った。
1D構造については、Ni diemthylglyoxime (Ni(DMG)2)のフレームワークにCoをドーピングすることにより、1Dの磁気錯体を合成した。AC磁気緩和がゼロ磁場でも見られ、単分子磁石のように振る舞うことがわかった。これは、当初予想していたS=1/2のスピンキュービットとは異なる結果となった。ESRの温度変化測定を行うとS=3/2とS=1/2と考えられる二種類が出てくることがわかった。Co(salen)2のESRは、今回のCo錯体とかなり類似したスペクトルを示すことが分かっており、Co(salen)2は構造もよく分かっているので、磁気挙動などを比較することにより、なぜDMGではS=3/2が出てくるのかを解析している。Cu pthalocyanine錯体 (CuPc)、スピンキュービットとしてある程度長い緩和時間を示すことが分かっている。ここにI2をドープすることにより、結晶構造が1D鎖のようになる。また、フタロシアニン酸化され、非局在のラジカル電子が加わる。このラジカル電子とCu上に局在している電子のスピンがRKKY相互作用することにより、Cu電子のスピンのデコヒーレンスを抑制することができるのではないかと考えた。I2ドープしたサンプルのESRでは、ラジカルとCuのシグナルが混ざったブロードなピークが観測されたことから、Cuとフタロシアニンのスピンが相互作用していることが確認できた。今後磁気測定を行う予定である。
2Dについてもポルフィリン (TAPP, TCPP)に関連するCOF, HOFの合成を行い、予備実験で磁気緩和が見られることが分かった。これらについてもCuの濃度を変化させ、磁気測定、ESR測定を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ポルフィリンとフタロシアニンのリガンド合成に時間がかかったため、磁気測定が予備的なものしかできなかった。また、ジメチルグリオキシムの系についても、当初予想していたS=1/2ではないS=3/2が混ざって出てくることが分かった。当初これはスピンクロスオーバーによるものと考えていたが、不純物や二量体のようなものがドープした際に結晶中に混ざってきている可能性も出てきた。そのため、純粋なCo錯体やsalen錯体との比較によりS=3/2の由来を明らかにしようとしたため、予想以上に時間がかかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに合成が成功しているTAPPのCOFで、Cuの濃度を変えたサンプルをSQUIDで磁気測定を行う。またCuを1%ほどに薄めたサンプルについて、パルスEPRを用いて、T1, T2の測定を行い、Rabi oscillationが観測できるかについても確かめる。TAPP COFはリンカーを変えたCOFがいくつか報告されており、現在合成できているCOFのリンカーにNH2がついているリンカーを使うことにより、水素結合が形成され、結晶性が上がることが知られている。この水素結合によってフレームワーク構造がより剛直になると予測されるので、これについても合成を行い、同様に測定を行う。
Dimethyl glyoxime(DMG), diphenyl glyoxime(DPG)について、これらのリガンドのNi錯体の3D MOFと2D COFが報告されている。当研究室においてCu(DMG)2, Cu(DPG)2錯体を1D構造のNi(DMG or DPG)2にドーピングしたサンプルについてすでに磁気緩和が観測されており、パルスEPRでの測定も行われた。Cu錯体の中では、かなり良い緩和時間を示したが、緩和時間に悪影響を及ぼしている原因として、methyl groupやphenyl groupの回転が上げられた。これらをMOFやCOFのフレームワーク中に取り込むことにより、悪影響を与えているphenyl groupの回転を抑えらられ、より良い緩和時間につながるのではないかと考えられる。現在、MOF, COFに用いるリガンドの合成を行っており、今後も合成を続け、その後測定を行う。
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