Creation of low-dimensional magnetism through on-surface chemical reaction

通过表面化学反应产生低维磁性

基本信息

批准号：
21K04821
负责人：
櫻井亮
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、低次元で磁気秩序を生み出す分子スピン集合体の磁性と構造の関係を解明し、創生した機能を応用することにある。ナノシート表面を拡散する分子がナノスケールの構造体を作り電荷移動するメカニズム、100‐500個のほぼ孤立したスピンが近接相互作用する分子磁性の解明は新しい研究分野である。小さなサイズが生み出す大きなゆらぎに対抗して磁気秩序やスピン相関が生まれるメカニズムを探求する萌芽研究である。また、単純な構成であるため、ゆらぎとサイズに起因した機能発現の関係性を調べるモデルシステムでもある。実験面では、表面化学反応によってナノシート上にフェロセン誘導体分子の集合体を自己組織的に成長させ、構造、形状、低次元磁性の関係性を調べること、理論面では、マルコフ連鎖モンテカルロ計算法を用いて実験結果と類似したＦｅイオン配置での磁気エネルギーや個々のスピン配向を計算して、理論と実験の両面から基礎特性の解明を続けている。孤立した状態では常磁性であるフェロセンユニットが局所的に集まってナノクラスターを形成すると酸化物ナノシートとの間で電荷移動が起こり、鉄のイオン価が＋２から＋３へと変化する。このFeイオンの磁気状態をメスバウワー分光や透磁率の測定結果から解明した。３ｄ電子は高スピン状態(S=5/2)になっている。ナノクラスター内で分子は近接して規則正しく並んでいるため、Ｆｅイオン間に強い磁気双極子相互作用が存在し、スピン相関や遅いスピンダイナミクスなどの新しい機能を生みだしている。表面化学反応による自己組織化成長法をさらに進展させて、分子間の距離や形状を変えたナノクラスターを作成した。これらのナノクラスターでは形状や分子間距離の変化によって制御された機能が現れる。

本研究的目的是阐明磁性与在低维度产生磁序的分子自旋聚集体结构之间的关系，并应用所创建的函数。分子磁性（其中100-500个几乎孤立的自旋紧密相互作用）的阐明，以及分子在纳米片表面扩散形成纳米级结构和电荷转移的机制，是新的研究领域。这是一项探索性研究，探讨了因小尺寸产生的大波动而产生磁序和自旋相关性的机制。此外，由于其简单的配置，它也是研究尺寸引起的波动和功能表达之间关系的模型系统。在实验方面，我们将通过表面化学反应在纳米片上自组织聚集二茂铁衍生物分子，并研究结构、形状和低维磁性之间的关系。在理论方面，我们将使用马尔可夫链蒙特卡罗计算方法我们正在通过计算类似于实验结果的铁离子构型的磁能和个体自旋方向，继续从理论和实验中阐明基本性质。当处于孤立状态的顺磁性二茂铁单元局部聚集形成纳米团簇时，它们与氧化物纳米片之间发生电荷转移，铁离子价态从+2变为+3。通过穆斯堡尔谱和磁导率测量阐明了该 Fe 离子的磁性状态。 3d 电子处于高自旋态（S=5/2）。由于分子在纳米团簇内紧密且规则地排列，Fe离子之间存在强磁偶极相互作用，从而产生了自旋关联和慢自旋动力学等新功能。通过进一步开发利用表面化学反应的自组织生长方法，他们创建了具有不同分子间距离和形状的纳米团簇。这些纳米团簇表现出由形状和分子间距离的变化控制的功能。