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

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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。