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

利用有机自由基创建纳米级单金属单分子磁体

基本信息

批准号：
16750123
负责人：
唐澤悟
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

单分子磁体是单个分子充当磁体的化合物，由于它们具有纳米尺寸结构的量子效应特征，因此有望应用于纳米器件、存储器等。为了构建这种单分子磁体，需要增加源自相对较大基态的活化能垒，并且正在研究负零场分裂参数。该研究项目的目的是利用有机自旋源和过渡金属（钴）构建单分子磁体，并发现新知识。由于合成问题，系统地构建多核金属簇的分子很困难，但是通过使用有机自旋源已经解决了这个问题，有机自旋源相对容易修饰分子，并且可以控制分子的尺寸和自旋量子数A。预计会有受控制的、系统的研究。该研究项目开展两年来，取得了多项重要研究成果。到目前为止，在我们的单分子磁体中，有机自旋源通过π共轭系统与金属相互作用以产生磁性，因此很难控制分子之间的相互作用。然而，通过引入大体积取代基解决了这个问题，并获得了结晶状态的单分子磁体。这使得测量一直难以测量的高磁场和高频下的ESR成为可能，并且可以直接确定基态和零磁场分裂参数的值。其次，通过系统地改变有机自旋源的基态，可以控制单分子磁体的寿命。这是世界上的首次发现，可以通过多种方式控制，从不到一秒的寿命到几个月或更长时间。最后，他们构建了一种具有非常大活化能垒的化合物，即具有最小基态的单分子磁体。如上所述，我们在两年内几乎按计划进行了研究。我们将在未来的论文中报告这项研究的结果。