単分子磁石連結による量子-バルク変換の磁気モニターと量子磁性制御

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本研究者は米国マサチューセッツ工科大学にて新しい量子素子となりうる磁気微粒子を開発し、それを低次元(一次元)に連結した一次元微粒子鎖の開発と、その構造に基づく特異的な性質について研究を行った。磁気微粒子は一般的に球形であり低次元集積体の構築は極めて困難であるため、これまでの研究範囲は三次元集積体をターゲットにしたものがほとんどであった。本研究では、磁気微粒子の表面に特殊な配位子コーティングをすることで、磁気微粒子を連結することができることを明らかにした。すなわち、配位子として二種類の炭素鎖長の異なるカルボン酸を磁気微粒子表面上にコーティングしたところ、配位子の配列に相分離が生成し、同時に化学反応に活性な二箇所の特異点を微粒子表面上の対称的な位置に発生させることができた。この構造相分離は珍しい現象であり、かつ、生成した化学活性な特異点は選択性のある反応場として利用することができる。微粒子間の架橋剤であるジカルボン酸を用いたところ、化学活性な特異点が選択的に反応し微粒子を架橋することで一次元鎖を形成することがわかった。透過型電子顕微鏡では、平均長100nmの一次元微粒子鎖が確認された。またその磁気挙動を検討したところ、一次元構造に基づく強磁性を発現し、従来の三次元集積体に見られなかった興味ある磁性が明らかになった。本研究は、既存の方法では困難であった微粒子の一次元鎖の構築法を提供するとともに、一次元微粒子の特異な磁気挙動についても詳細に明らかにした点で重要なテーマである。その証拠に、本研究は現在、Advanced Materialsに投稿中であり、minor revisionの後にpublishされる予定である。