Creation of low-dimensional magnetism through on-surface chemical reaction

通过表面化学反应产生低维磁性

• 批准号: 21K04821
• 负责人: 櫻井 亮
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04821/
• 关键词: 表面化学; 分子磁性; 低次元磁性; 有機金属錯体; ゆらぎ; モンテカルロ計算; 自己組織化; 分子スピン

本研究の目的は、低次元で磁気秩序を生み出す分子スピン集合体の磁性と構造の関係を解明し、創生した機能を応用することにある。ナノシート表面を拡散する分子がナノスケールの構造体を作り電荷移動するメカニズム、100‐500個のほぼ孤立したスピンが近接相互作用する分子磁性の解明は新しい研究分野である。小さなサイズが生み出す大きなゆらぎに対抗して磁気秩序やスピン相関が生まれるメカニズムを探求する萌芽研究である。また、単純な構成であるため、ゆらぎとサイズに起因した機能発現の関係性を調べるモデルシステムでもある。実験面では、表面化学反応によってナノシート上にフェロセン誘導体分子の集合体を自己組織的に成長させ、構造、形状、低次元磁性の関係性を調べること、理論面では、マルコフ連鎖モンテカルロ計算法を用いて実験結果と類似したＦｅイオン配置での磁気エネルギーや個々のスピン配向を計算して、理論と実験の両面から基礎特性の解明を続けている。孤立した状態では常磁性であるフェロセンユニットが局所的に集まってナノクラスターを形成すると酸化物ナノシートとの間で電荷移動が起こり、鉄のイオン価が＋２から＋３へと変化する。このFeイオンの磁気状態をメスバウワー分光や透磁率の測定結果から解明した。３ｄ電子は高スピン状態(S=5/2)になっている。ナノクラスター内で分子は近接して規則正しく並んでいるため、Ｆｅイオン間に強い磁気双極子相互作用が存在し、スピン相関や遅いスピンダイナミクスなどの新しい機能を生みだしている。表面化学反応による自己組織化成長法をさらに進展させて、分子間の距離や形状を変えたナノクラスターを作成した。これらのナノクラスターでは形状や分子間距離の変化によって制御された機能が現れる。

The purpose of this study is to understand the relationship between the magnetic structure of molecular aggregates and the function of molecular aggregates. The molecular magnetism of 100 - 500 molecules isolated from the surface of the molecule and the structure of the molecule acting as a charge transfer agent is studied in a new way. The research on the relationship between the magnetic field and the magnetic field was carried out. In addition, the relationship between functional development due to the simple composition of, and can be adjusted. The surface chemical reaction of the molecule on the surface is related to the growth, structure, shape, and low-dimensional magnetism. The theory and the basic characteristics of the theory In the isolated state, charge transfer occurs between the normal magnetic state and the local magnetic state, and the iron state is changed from +2 to +3. The measurement results of the spectral permeability of the Fe particles were analyzed. 3d electron is in high temperature state (S=5/2). The interaction of strong magnetic dipole exists in the molecular proximity rule, and the new function is generated in the molecular proximity rule. Surface chemical reaction is the process of self-organizing growth. The distance between molecules and the shape of molecules are also changed. The function of controlling the change of shape and intermolecular distance is realized.