金属クラスターのフラーレン内部での高速回転の制御に関する理論研究

我々はこれまでに、C_<80>フラーレンの内側で2つのLa原子が室温で高速に回転することを、理論予測と実験から明らかにしてきた。このランダムな回転を、二次元や三次元運動に制御し、特定方向への磁場や電流を新しく発生させることは、磁気デバイスや光スイッチへの応用の観点からも興味深い。昨年度は、有機ケイ素分子をフラーレンの外側から化学修飾することによって、内包されたLa原子の回転を一定方向の円運動に変換できることを明らかにした。本年度は、まずLa_2@C_<80>の還元に着目し、付加反応を施すのではなく、フラーレンの外側から電子を与えてアニオンにすることによっても、同様のLa原子の回転制御が可能であることを示した。このことは、最近のESR実験でも確認されている。付加反応を用いた運動変換に関しては、内包クラスターをLa_2からSc_3Nにするとどのような変化が起こるかを、現在検討中である。また、フラーレンに内包されている原子を金属から典型元素に変えても、フラーレンの外側に付加した有機分子が、内包原子の性質を大きく変えることを見出した。例えば、量子コンピュータや医療機器への応用が期待されているN@C_<60>やP@C_<60>では、有機ケイ素誘導体にすると内包されたNやP原子のスピン密度が大きく増加することを明らかにした。このように、フラーレンの外側から、直接触れることなく内包原子の性質を変換する方法は、フラーレン類やホストーゲスト分子を活用するための新しい開発手法として期待できる。

我々はこれまでに、C_<80>フラーレンの内側で2つのLa原子が室温で高速に回転することを、理論予測と実験から明らかにしてきた。このランダムな回転を、二次元や三次元運動に制御し、特定方向への磁場や電流を新しく発生させることは、磁気デバイスや光スイッチへの応用の観点からも興味深い。昨年度は、有機ケイ素分子をフラーレンの外側から化学修飾することによって、内包されたLa原子の回転を一定方向の円運動に変換できることを明らかにした。本年度は、まずLa_2@C_<80>の還元に着目し、付加反応を施すのではなく、フラーレンの外側から電子を与えてアニオンにすることによっても、同様のLa原子の回転制御が可能であることを示した。このことは、最近のESR実験でも確認されている。付加反応を用いた運動変換に関しては、内包クラスターをLa_2からSc_3Nにするとどのような変化が起こるかを、現在検討中である。また、フラーレンに内包されている原子を金属から典型元素に変えても、フラーレンの外側に付加した有機分子が、内包原子の性質を大きく変えることを見出した。例えば、量子コンピュータや医療機器への応用が期待されているN@C_<60>やP@C_<60>では、有機ケイ素誘導体にすると内包されたNやP原子のスピン密度が大きく増加することを明らかにした。このように、フラーレンの外側から、直接触れることなく内包原子の性質を変換する方法は、フラーレン類やホストーゲスト分子を活用するための新しい開発手法として期待できる。