固相分子ローター構造に基づく複合強誘電物質の開拓

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強誘電体の開発はこれまで無機材料が中心であったが、有機及び有機-無機複合強誘電体は、有機分子ならではの電荷、スピン、屈曲性、電子-格子相互作用、プロトン互変異性等の特徴と多彩な自由度を活かすことによって、無機材料に匹敵する優れた特性や付加価値性を創出することができる。本研究では、PolarizabilityやHyperpolarizabilityが大きく強誘電体の構成単位として有望であり、非線形光学特性や磁性の付与も可能なフェロセン部位を有するフェロセニルアンモニウムを分子ローター部位として用いることで、強誘電性-非線形光学特性、強誘電性-強磁性の複合機能を有する材料開発を行った。また、新規有機強誘電物質の開拓も行った。フェロセニルアンモニウムと18-クラウン-6からなる超分子カチオンと各種無機アニオンを組み合わせることにより4種類の新規単結晶を作製し、その詳細な結晶構造と相転移挙動を調べた。その結果、室温付近で興味深い相転移挙動を示し、単結晶1において常誘電(P21/m)-強誘電(P21)転移が観測された。次に、アニオンを共存させた固溶体結晶化による強誘電相の発現を試みた。その結果、固溶体結晶2が常誘電-強誘電相転移を示すことを単結晶構造解析から明らかにした。超分子体L-3は、室温で水溶液を濃縮することにより2cm以上の大きな単結晶として得られた。熱分析測定から、3は可逆的な二次相転移を示すことが明らかとなった。単結晶構造解析から、観測された二次相転移は高温相(P41212)から低温相(P41)への転移であることを確認した.またc軸方向の誘電率の温度依存性とP-E測定から、3はCurie温度Tc=254.5Kの強誘電体であることがわかった。温度可変構造解析、重水素効果、温度可変IR測定結果から、3の強誘電メカニズムは変位型であることが予想される。