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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Figuration of dynamic pi-systems coupled with hydrogen-bond dynamics

Publicly Offered Research

Project Areapi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
Project/Area Number 17H05143
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

上田 顕  東京大学, 物性研究所, 助教 (20589585)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords有機伝導体 / 水素結合 / 相転移 / 圧力効果 / 水素移動 / 電荷秩序
Outline of Annual Research Achievements

当研究者が開発した水素結合ダイナミクス-π電子連動型の純有機伝導体は、水素結合部の水素/重水素置換により低温下で大きく異なる結晶・電子構造を与える。特に、水素結合部が水素の化合物は、極低温まで相転移を示さないことから、水素とπ電子が互いに相関しながら量子的に揺らいでいることが示唆されている。このような現象は大変珍しく、そこで本年度はまず、この系の水素-π電子相関をより深く理解することを目指して、静水圧力下における単結晶X線回折実験を行った。その結果、圧力下低温で構造相転移が生じ、さらに加圧により相転移温度が上昇することが明らかとなった。格子定数を調査したところ、圧力下低温で水素結合部の水素が中心から変位し、局在化していることが示唆された。この相転移温度付近で電気抵抗率が急激に上昇していることから、水素の局在化に伴ってπ電子が移動し電荷不均化を引き起こしたと考えられる。従来の水素結合系物質では、圧力印可に伴い水素結合は収縮し、相転移温度が低下することが一般的であるが、本物質ではこれと逆の傾向を示している。水素結合ダイナミクスとπ電子の連動に基づく新現象であると考えられ、大変興味深い。
さらに本年度は、水素結合ダイナミクス-π電子連動型の新規な有機伝導体の合成にも成功した。上記の物質は、酸化された電子ドナー分子がアニオン性の水素結合で連結された単一のユニット構造から構成されているのに対し、今回合成した物質は対アニオンを含み、電子ドナーと対アニオン間に水素結合が形成されている。低温下において半導体-絶縁体転移を示し、その際にドナー分子の電子状態(価数)だけではなく、水素結合部も構造変化していることが示唆された。今後、構造・物性の詳細な調査を行う。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

水素結合ダイナミクスとπ電子の連動に基づく新現象を発見し、さらに新規な水素-π電子連動系物質の開発にも成功したことから、本研究は順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

上述した新規な水素-π電子連動系有機伝導体の詳細な構造・物性調査を行う。放射光を用いた精密な単結晶X線構造解析により、相転移前後の電子構造・水素結合構造変化を分子レベルで理解する。さらに電気抵抗・磁化率測定やラマン分光測定も行い、構造-物性相関を明らかにする。対アニオンを置換した類縁体や水素結合部を重水素置換した類縁体も作成し、構造・物性の系統的な比較・考察を行い、この系における水素-π電子相関について総合的に理解する。

  • Research Products

    (25 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Strong Hydrogen Bonds at the Interface between Proton-Donating and -Accepting Self-Assembled Monolayers on Au(111)2018

    • Author(s)
      Kato Hiroyuki S.、Yoshimoto Shinya、Ueda Akira、Yamamoto Susumu、Kanematsu Yusuke、Tachikawa Masanori、Mori Hatsumi、Yoshinobu Jun、Matsuda Iwao
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 34 Pages: 2189~2197

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.7b03451

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A phenol-fused tetrathiafulvalene: modulation of hydrogen-bond patterns and electrical conductivity in the charge-transfer salt2018

    • Author(s)
      Ueda Akira、Mori Hatsumi
    • Journal Title

      Materials Chemistry Frontiers

      Volume: 2 Pages: 566~572

    • DOI

      10.1039/C7QM00574A

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Size effects on supercooling phenomena in strongly correlated electron systems: IrTe2 and θ-(BEDT-TTF)2RbZn(SCN)42018

    • Author(s)
      Oike H.、Suda M.、Kamitani M.、Ueda A.、Mori H.、Tokura Y.、Yamamoto H. M.、Kagawa F.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 97 Pages: 085102-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.085102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermodynamics of the quantum spin liquid state of the single-component dimer Mott system κ-H3(Cat-EDT-TTF)22017

    • Author(s)
      Yamashita Satoshi、Nakazawa Yasuhiro、Ueda Akira、Mori Hatsumi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 95 Pages: 184425-1~5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.95.184425

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Novel Functional Organic Crystals by Utilizing Proton- and π-Electron-Donating/Accepting Abilities2017

    • Author(s)
      Ueda Akira
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 90 Pages: 1181~1188

    • DOI

      10.1246/bcsj.20170239

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystallization and vitrification of electrons in a glass-forming charge liquid2017

    • Author(s)
      Sasaki S.、Hashimoto K.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Nishio Y.、Ikemoto Y.、Moriwaki T.、Yoneyama N.、Watanabe M.、Ueda A.、Mori H.、Kobayashi K.、Kumai R.、Murakami Y.、Muller J.、Sasaki T.
    • Journal Title

      Science

      Volume: 357 Pages: 1381~1385

    • DOI

      10.1126/science.aal3120

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantum-disordered state of magnetic and electric dipoles in an organic Mott system2017

    • Author(s)
      Shimozawa M.、Hashimoto K.、Ueda A.、Suzuki Y.、Sugii K.、Yamada S.、Imai Y.、Kobayashi R.、Itoh K.、Iguchi S.、Naka M.、Ishihara S.、Mori H.、Sasaki T.、Yamashita M.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 8 Pages: 1821-1~6

    • DOI

      10.1038/s41467-017-01849-x

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 動的水素結合を活用した新しい電子機能性有機結晶の開発2017

    • Author(s)
      上田 顕、吉田 順哉、高橋 一志、森 初果
    • Journal Title

      有機合成化学協会誌

      Volume: 75 Pages: 1045~1054

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.75.1045

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フェノールを縮環させたTTF誘導体の合成とその電荷移動塩の構造・物性2018

    • Author(s)
      上田 顕、森 初果
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
  • [Presentation] カテコール部位を有する金属ジチオレン錯体を用いた多様な水素結合型結晶の合成と構造2018

    • Author(s)
      横森 創、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
  • [Presentation] カテコール縮環TTFと各種アニル酸誘導体からなる水素結合型電荷移動錯体の構造と物性2018

    • Author(s)
      土居諒平、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会
  • [Presentation] π電子-プロトン相関型Cat-TTF系有機伝導体における非線形伝導現象とその元素置換効果2018

    • Author(s)
      岸本幸樹、上田 顕、砂入允哉、吉田順哉、山川大路、宮本辰也、岡本 博、森 初果
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] Development of a New Class of Molecular Conductors with Hydrogen-bond Dynamics2017

    • Author(s)
      A. Ueda
    • Organizer
      INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON PURE & APPLIED CHEMISTRY (ISPAC) 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 水素-π電子相関系有機伝導体 k-X3(Cat-EDT-TTF)2 [X = H, D] における圧力効果:電気抵抗とX線回折2017

    • Author(s)
      上田 顕、岸本幸樹、山田翔太、磯野貴之、森 初果、小林賢介、熊井玲児、村上洋一
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
  • [Presentation] カテコール部位を有するジチオレン配位子を用いた新規な水素結合型金属錯体の合成、構造および物性2017

    • Author(s)
      横森 創、上田 顕、東野寿樹、森 初果
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
  • [Presentation] カテコール縮環TTFとジヒドロキシベンゾキノンからなる新規水素結合型電荷移動錯体の合成と構造、物性2017

    • Author(s)
      土居諒平、上田 顕、熊井玲児、村上洋一、森 初果
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
  • [Presentation] π電子-プロトン相関型有機伝導体k-X3(Cat-EDT-TTF)2 [X = H, D]における電場および圧力効果2017

    • Author(s)
      岸本幸樹、上田 顕、磯野貴之、砂入允哉、吉田順哉、熊井玲児、小林賢介、村上洋一、森 初果
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
  • [Presentation] Development of a New Class of Molecular Conductors with Hydrogen-Bond Dynamics: Chemical Modification of Catechol-Fused TTF System2017

    • Author(s)
      A. Ueda, H. Mori
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Methoxy-substituted BTBT derivatives: Synthesis and substitution position effect on the solid-state structures and transistor properties2017

    • Author(s)
      T. Higashino, A. Ueda, H. Mori
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonlinear Conduction in k-X3(Cat-EDT-TTF)2 [X = H, D]2017

    • Author(s)
      K. Kishimoto, A. Ueda, Y. Sunairi, J. Yoshida, D. Ueta, H. Yoshizawa, H. Mori
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Metal-dithiolene Complexes Having Hydrogen-bonding Ability2017

    • Author(s)
      S. Yokomori, A. Ueda, T. Higashino, H. Mori
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis, Structures, and Physical Properties of Novel Hydrogen-bonded Charge-transfer Complexes based on Catechol-fused TTF2017

    • Author(s)
      R. Doi, A. Ueda, R. Kumai, Y. Murakami, H. Mori
    • Organizer
      The 12th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] ORCID

    • URL

      https://orcid.org/0000-0002-9600-5409

  • [Remarks] Researcher ID

    • URL

      http://www.researcherid.com/rid/A-2624-2012

  • [Remarks] 東京大学物性研究所 森研究室website

    • URL

      http://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp/

URL: 

Published: 2018-12-17  

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