光応答性ナノ磁性材料の開発

光响应纳米磁性材料的开发

• 批准号: 09F09050
• 负责人: 佐藤 治
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09F09050/
• 关键词: 単一次元鎖磁石; 光応答; 電荷移動; 交流磁化率; 金属錯体; 電子移動; ヒステリシス

光照射による金属から金属への電荷移動を利用してチューナブルな単一次元鎖磁石を作成することを目指して研究を行った。光応答性単一次元鎖磁石を開発するために、CNによって架橋されたFe^<III>_2Co^<II>二重ジグザグ鎖システムに注目した。特に金属間電子移動を示す物質を開発するために、両端部に窒素を有する棒状配位子を利用し、コバルトが窒素六配位構造を有し一次元鎖同士が棒状配位子により磁気的に分離された構造を持つ物質を設計した。水中でCo(ClO_4)6H_2OとLi[Fe(bpy)(CN)_4](bpy=2,2'ビピリジン)、および4,4'bpy(4,4'ビピリジン)を反応させることでブロック状構造を有する{Fe(bpy)(CN)_4]_2Co(4,4'bpy)}の結晶を得た。合成した物質は鉄とコバルトからなる中性で層状構造の物質であり、層間に結晶水が存在している。270Kでは、コバルトはCo^<II-HS>、鉄はFe^<III-L-S>(CN)Co_<II-HS>の結合構造を形成している。一方、結晶をゆっくり冷却すると、分子内電荷移動が誘起され部分的にFe^<III-L-S>(CN)Co^<II-HS>ユニットがFe^<II-L-S>(CN)Co^<III-L-S>ユニットに変換した。温度変化による分子内電荷移動は磁気測定によっても確認できた。xT値によると、高温相から低温相に変化する際に約2/3のCo^<II-HS>がCo^<III-L-S>に変化したことがわかった。従って、この変化は{[Fe^<III>(bpy)(CN)_4]_2Co^<II>(4,4'bpy)}4H_2O←→{[Fe^<II>(bpy)(CN)_4]_<2/3>[Fe^<III>(bpy)(CN)_4]_<4/3>Co^<III>_<2/3>Co^<II>_<1/3>(4,4'bpy)}4H_2Oと表現できる。この物質に5Kで532nmのレーザー光を照射したところFe^<II-LS>Co^<III-L-S>からFe^<III-L-S>Co^<II-IL>への原子価状態の変化が引き起こされた。負の異方性定数を持つCo^<II>の生成、CN基を介した強い鎖内磁気相互作用の存在、4,4'bpyを介した弱い鎖1間磁気相互作用のために光誘起準安定状態は単一次元鎖磁石としての挙動を示すことが予想される。実際5Kで12時間の光照射後、Fe^<II-LS>Co^<III-LS>からFe^<III-LS>Co^<II-IL>への変化によりXT値が著しく増加した。光照射後加熱すると約100Kで光照射前の値に重なった。また、磁化のダイナミクスを調べるために交流磁化率を測定したところ、交流磁化率の実部、虚部共に強い周波数依存を示した。これは、この物質が光照射後単一次元鎖磁石に変化したことを示している。

该研究的目的是使用光照射，使用从金属到金属的电荷转移来创建可调的单维链磁铁。为了开发光线单维链磁体，我们专注于CN的Fe^<iii> _2CO^<ii>双重曲折链系统。特别是，为了开发具有金属间电子传递的材料，使用两端的氮状配体的棒状配体用于设计具有钴协调结构的钴的材料，其中一维链被杆状配体在磁性上分离。通过对li [fe（bpy）（cn）_4]（bpy = 2,2'bipyridine）和4,4'bpy（4,4'bipyridine）的反应CO（CLO_4）6H_2O在水中，{Fe（bpy）（bpy）（bpy）（cn）_4] _2co（4,4''bpy）在水中，有一个block的结构。合成的材料是一种由铁和钴制成的中性，分层的材料，层之间存在晶体水。在270k时，钴形成了Co^<II-HS>的键结构，并形成了Fe^<iii-L-S>（CN）CO_ <ii-HS>的键结构。另一方面，当晶体被缓慢冷却时，会诱导分子内电荷转移，部分地将Fe^<iii-l-S>（CN）CO^<ii-hs>单位转换为Fe^<ii-l-S>（Cn）CO^<iii-l-S>单位。由于温度变化而引起的分子内电荷转移也通过磁性测量证实。根据XT值，发现当温度从高温相变为低温相时，Co^<ii-hs>的大约2/3变为Co^<iii-l-S>。因此，这种变化可以表示为{[fe^<iii>（bpy）（cn）_4] _2co^<ii>（4,4'BPY）} 4H_2O←→{[Fe^<ii>（bpy）（cn）_4] _ <2 /3> [fe^<iii>（bpy）（cn）_4] _ <4/3> co^<iii> _ <2/3> co^<ii> _ <1/3>（4,4'BPY）} 4H_2O。该材料在5K处用532 nm的激光照射，从而导致Ve^<ii-ls> co^<iii-l-S>到fe^<iiii-l-S> co^co^<ii-il>的变化。由于与阴性各向异性常数形成了CO^<ii>，因此通过CN组存在强烈的内部磁相互作用，并且通过4,4'BPY形成了弱的链链磁相互作用，因此，光诱导的亚稳态将以单维链磁体的形式表现出行为。实际上，在5K处的光照射12小时后，由于Fe^<ii-ls> co^<iii-ls>变为fe^<iii-ls> co^co^<ii-il>，XT值显着增加。当光照射后加热时，该值在约100k处得到照射之前与值重叠。此外，当测量AC敏感性以研究磁化的动力学时，AC敏感性的真实部分和假想部分都显示出强频率依赖性。这表明在光照射后已将材料转化为单维链磁铁。

项目成果

Photoinduced Metal-to-Metal Charge Transfer toward Single-Chain Magnet

• DOI: 10.1021/ja1027953
• 发表时间: 2010-06-23
• 期刊: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
• 影响因子: 15
• 作者: Liu, Tao;Zhang, Yan-Juan;Sato, Osamu
• 通讯作者: Sato, Osamu