有機ラジカルを用いたナノサイズ単一金属単分子磁石の創製

利用有机自由基创建纳米级单金属单分子磁体

基本信息

批准号：
16750123
负责人：
唐澤悟
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

単分子磁石は一分子で磁石となる化合物であり、ナノサイズに特徴な量子効果を持っことから、ナノデバイス、メモリなどへの応用が期待されている。この単分子磁石を構築するためには、比較的大きな基底状態と負のゼロ磁場分裂パラメーターから導き出される活性化エネルギー障壁を大きくすることが必要条件とされており、多核金属クラスターを中心に精力的に研究されている。本研究課題は、有機スピン源と遷移金属(コバルト)を用いて単分子磁石を構築し、新たな知見を見いだすことを目的とした。多核金属クラスターは合成的な問題から系統的な分子の構築が困難であり、分子修飾が比較的容易な有機スピン源を用いていることでその問題が解決され、分子のサイズ、スピン量子数をコントロールした系統的な研究が期待された。2年間の本研究課題を遂行して、いくつかの重要な研究成果を得た。我々の単分子磁石は今まで、有機スピン源がパイ共役系を通して金属と相互作用させて磁性を発現させるため、分子間の相互作用をコントロールすることが困難であった。しかし、嵩高い置換基を導入することでこの問題を解決し、結晶状態で単分子磁石を得た。このことに、よって、測定困難であった高磁場高周波数のESRの測定が可能となり、基底状態やゼロ磁場分裂パラメーターの値を直接的に求めることができる。2つめは、系統的に有機スピン源の基底状態を変えることによって、単分子磁石の寿命をコントロールすることを可能とした。これは世界初の知見であり、1秒以下の寿命から数ヶ月以上の寿命まで様々にコントロールできる。最後に、非常に大きな活性化エネルギー障壁を持つ化合物、一番小さい基底状態を持つ単分子磁石を構築した。以上のように2年間でほぼ予定通りに研究を遂行することができた。この研究成果を今後は論文として報告していく。

单分子磁铁是仅具有一个分子的磁体的化合物，并且由于它们在纳米尺寸中具有特征性的量子效应，因此预计它们将应用于纳米版本，内存等。为了构造这款单分子磁铁，有必要增加源自相对较大的基态和零场裂变参数的激活能屏障，并正在积极研究，重点是多核金属簇。该研究主题旨在使用有机自旋源和过渡金属（钴）构建单分子磁铁并发现新发现。由于合成问题，多核金属簇在构建系统分子方面很难，并且使用相对易于修改分子的有机自旋源可以解决此问题，并且可以预期控制分子大小和自旋量子数的系统研究。在完成了两年的研究主题之后，我们获得了一些重要的研究结果。到目前为止，由于有机自旋源通过饼干偶联系统与金属相互作用以产生磁性，因此很难控制分子之间的相互作用。但是，通过引入笨重的取代基来解决此问题，并在晶体状态下获得了单个分子磁铁。这使得可以在高磁场和高频上测量ESR，这是难以测量的，并且可以直接确定基态和零场分裂参数的值。其次，可以通过系统地改变有机自旋源的基态来控制单分子磁铁的寿命。这是世界上的第一个发现，可以通过多种方式来控制，从1秒钟以下的寿命到几个月的寿命。最后，构建了具有非常大的活化能屏障的化合物，即具有最小基态的单个分子磁体。如上所述，这项研究几乎按计划进行了两年的计划。我们将以论文的形式报告这项研究的结果。