Development of Novel Physical Properties of Supramolecular Charge Separation Compounds Containing Soft Matter Characters

含有软物质特征的超分子电荷分离化合物新物理性质的开发

基本信息

批准号：
20H01862
负责人：
中澤康浩
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

空間的に広がったカチオン性、アニオン性のクラスターユニットが分離積層した電荷移動塩や金属錯体のネットワーク固体などは、結晶内にナノレベルでの大きな電場勾配が形成されている可能性がある。本研究では、こうした分子性化合物中で特異的に生じる非平衡性や、局所的な強い相互作用に根差した新規な物性開拓を目指した研究を進めている。令和4年度は、アニオン性のフレームとなっている配位高分子骨格とその間隙を可動できるアルカリカチオンからなる化合物であるM6[Rh4Zn4O(L-cyc)12]・nH2OをよびM6[Ir4Zn4O(L-cyc)12]・nH2Oを中心に新規に作成した測定プローブと測定系を使って、交流インピーダンス測定、複素誘電率測定、熱伝導率測定などを行った。また、π電子に起源をもつ大きな電荷揺らぎをもつ電荷移動塩の誘電的、熱的な測定を進めた。アニオンフレーム型の電荷分離塩では、知られていた直流電場による密度変調の発生だけでなく、交流電場変調によって周波数依存性を調べることによって水和イオンの運動が電場と協奏して集団的になる可能性を見出した。イオンを遷移金属イオン、希土類イオンに置き換えるとアニオンフレーム内に新規構造をもった特異な配列をつくる。その閉殻電子に起源をもつ磁性等についても調べた。特に、希土類の場合にはフラストレーションをもつキュバン型構造になる。そのため、構造的な揺らぎを残した中で、大きなスピンモーメントと格子の自由度が相互作用をしながら比較的ソフトな磁性を示す可能性がある。これらの物質の磁場下熱容量、磁気測定を行い大きな磁気エントロピーが秩序化を生じず低温まで残っていることが判った。一方、電荷の揺らぎを示す電荷移動塩では、分子の配列がフラストレーションを示す場合に電荷だけでなく、スピンの自由度がフォノンと結合し新奇な量子物性を発現することが明らかになった。

在网络固体中，例如电荷转移盐和金属络合物，其中空间分布的阳离子和阴离子簇单元被分离和堆叠，晶体内可能形成纳米级的大电场梯度。在这项研究中，我们的目标是开发植根于这些分子化合物中特有的非平衡和强局部相互作用的新物理特性。 2020年度，我们将推出M6[Rh4Zn4O(L-cyc)12]·nH2O，这是一种由形成阴离子框架的配位聚合物骨架和可在间隙之间移动的碱性阳离子组成的化合物。使用新创建的测量探针和以 M6[Ir4Zn4O(L-cyc)12] 和 nH2O 为中心的测量系统，我们测量了交流阻抗、复介电常数和热导率。我们还对具有源自 π 电子的大电荷波动的电荷转移盐的介电和热测量取得了进展。在阴离子火焰型电荷分离盐中，除了已知的由直流电场引起的密度调制之外，我们还通过交流电场调制研究了频率依赖性，由此水合离子的运动与电场配合，变成我集体发现了这种可能性。当离子被过渡金属离子或稀土离子取代时，阴离子框架内会产生具有新结构的独特排列。我们还研究了源自闭壳层电子的磁性。特别是在稀土元素的情况下，结果是令人沮丧的古巴式结构。因此，在结构波动仍然存在的同时，大的自旋矩和晶格的自由度相互作用并表现出相对软的磁性的可能性。我们测量了这些材料在磁场下的热容和磁性，发现它们的大磁熵在低温下仍然保持无序。另一方面，在表现出电荷波动的电荷转移盐中，人们发现，当分子排列表现出挫败时，不仅电荷而且自旋的自由度也与声子结合，从而发展出新的量子物理性质。