スピンクロスオーバーを示すナノ磁性体のミクロ多自由度ハミルトニアンに基づく理解

基于微观多自由度哈密顿量理解表现出自旋交叉的纳米磁性材料

• 批准号: 11F01326
• 负责人: 野尻 浩之
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01326/
• 关键词: スピンクロスオーバー; 分子磁性; 強磁塲; X線分光; 中性子散乱; 強磁場; XMCD; 中性子; 1次元錯体

本研究で行った主な課題は4つに分類出来る。1つ目の研究は、Ni (II)のトライマー系のクラスターに関する研究である。高周波ESR装置を活用し、スピンハミルトニアンを定量的に決定し、これらの系の構造と磁性の相関を系統的に明らかにする事に成功した。2つ目の研究は、1次元の電荷移動型スピンクロスオーバー錯体に関する研究である。SPring8において、強磁場領域の軟X線吸収分光を用いて、CoFe1次元錯体の磁性を元素選択的に同定し、CoとFeの磁気状態の同定とFe-CN-Co結合における電荷移動状態を決定した。3つ目の研究として、Fe42クラスターに関する九州大学の佐藤グループとの共同研究があげられる。Fe42は、42個の鉄イオンサイトをもつ混合原子価の多面体形錯体であるが、磁化とESRによりこの物質が強磁性相互作用を有しており、その基底状態のスピンはS=45とこれまで見つかった中で最大のスピンを有する系であることが確定した。引き続いて、XASとXMCDを用いた研究を行い、電荷移動がほぼ100%おこっていること、さらにFe^<2+>状態における軌道磁気モーメントの大きさを定量的に決定することにも成功した。これらの結果は、混合原子価と電荷移動による強磁性相互作用により巨大スピンが実現し、クラスターの形状の制御により、クラスター全体の異方性を制御出来ることを示している。さらに、4つ目としてラジカルとランタノイドからなるヘテロスピン系の磁気相互作用に関して、高分解能中性子非弾性散乱によりエネルギー準位を決定し、波数依存性の解析から、基底状態と励起状態の混成が強いことを明らかにした。これは、基底状態の混成により新しい対称性をもつハミルトニアンに移行することを示している。

本研究解决的主要问题可以分为四类。第一项研究是关于基于 Ni (II) 三聚体的簇。我们使用高频ESR装置定量测定了自旋哈密顿量，并成功系统地阐明了这些系统的结构和磁性之间的相关性。第二个研究是一维电荷转移型自旋交叉配合物。在SPring8，我们使用强磁场中的软X射线吸收光谱来对CoFe一维络合物的磁性进行元素选择性识别，识别Co和Fe的磁性状态，并确定Fe-中的电荷转移状态。 CN-Co 债券做到了。第三项研究涉及与九州大学佐藤小组对Fe42星团的联合研究。 Fe42是一种具有42个铁离子位点的混合价多面体络合物，但这种材料由于磁化和ESR而具有铁磁相互作用，其基态自旋为S = 45，这被确定为这是迄今为止发现的自旋最大的系统。随后，我们利用XAS和XMCD进行了研究，成功确认了几乎100%的电荷转移发生，并定量确定了Fe^2+状态下的轨道磁矩的大小。这些结果表明，巨自旋是通过混合价态和电荷转移引起的铁磁相互作用实现的，并且可以通过控制团簇的形状来控制整个团簇的各向异性。此外，对于第四点，关于由自由基和镧系元素组成的异自旋体系的磁相互作用，通过高分辨率中子非弹性散射确定能级，波数依赖性分析表明基态和镧系元素的杂化兴奋状态显露。这表明基态的杂化导致向具有新对称性的哈密顿量的转变。

项目成果

Exchange Coupling of Rare-Earth-Radical Hetero-Spin Magnetic Clusters-ESR and Neutron Scattering Study

稀土自由基异质自旋磁团簇交换耦合-ESR和中子散射研究

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Tanaka;M. Baker;H. Nojiri and T. Ishida
• 通讯作者: H. Nojiri and T. Ishida

XMCD investigation of Charge Transfer Induced Spin Crossover Transition in a One Dimensional Fe-Co Complex

一维 Fe-Co 配合物中电荷转移诱导的自旋交叉跃迁的 XMCD 研究

• 发表时间: 2012
• 作者: T. Tanaka;M. L. Baker;H. Nojiri;T. Ishida;Baker Michael Lloyd;Baker Michael Lloyd;Baker Michael Lloyd;Baker Michael Lloyd
• 通讯作者: Baker Michael Lloyd

XMCD investigation of Charge Transfer in a One Dimensional [Fe-Co] Complex

一维 [Fe-Co] 配合物中电荷转移的 XMCD 研究

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Tanaka;M. L. Baker;H. Nojiri;T. Ishida;Baker Michael Lloyd
• 通讯作者: Baker Michael Lloyd

Switching properties of a [CoFe] chiral 1-D chain complex

[CoFe]手性一维链络合物的开关特性

• 发表时间: 2013
• 作者: Fumichika Iijima;Norihisa Hoshino;Norifumi Yoshida;Takuya Shiga;Graham N. Newton;Akiko Nakao;Youichi Murakami;Kou Tazoe;Michael Baker;Hiroyuki Nojiri;Hiroki Oshio
• 通讯作者: Hiroki Oshio

Spin dynamics of molecular nanomagnets unravelled at the atomic scale by inelastic neutron scattering

非弹性中子散射在原子尺度上揭示分子纳米磁体的自旋动力学

• 发表时间: 2013
• 作者: T. Tanaka;M. L. Baker;H. Nojiri;T. Ishida;Baker Michael Lloyd;Baker Michael Lloyd
• 通讯作者: Baker Michael Lloyd