一次元電子系金属錯体におけるスピン・電荷・格子自由度の自在制御と新規物性開拓


金属錯体は元来、金属イオンが持つスピンや電荷といった電子状態の多様性と有機配位子が持つ格子振動・分子振動といった構造の多様性を併せ持つために、純粋な無機物や有機物にはない金属錯体特有の性質が期待されています。

本研究室で対象としているハロゲン架橋一次元錯体と呼ばれる錯体群(MX, MMX型錯体)は、図 1 に示したように、金属イオンのdz2軌道と、架橋ハロゲン化物イオンのpz軌道とが大きく重なる構造をしており、理想的な一次元電子系を形成しています。また、本化合物系は、一次元鎖の中で、電子・格子・スピンという三者の自由度が強くせめぎあっている化合物群です。例えば、Ni錯体では、電子の自由度(電子相関)が最も強くなり、Ni3+-Ni3+の平均原子価相を形成するのに対し、Pd, Pt系では、格子の自由度が支配的となり、M2+-M4+の混合原子価相を形成することが知られています。

一次元電子系の化合物は、一次元系特有の量子効果や非線形性を示すため、これまで無機物を中心に研究が行われてきました。それに対し、本錯体系は、無機物のような極めてシンプルな(堅い)電子構造をとっていますが、一次元鎖を柔らかい有機配位子が取り囲んでいるために、比較的柔軟な構造をとることが可能で、そのために、化学的修飾や外場(温度・圧力・光・電場など)により、一次元電子系に摂動を与えることが可能で、それにより、一次元電子系の物性(磁性・電気伝導性・光物性など)を劇的に変化させることが可能です。本研究室では、このような化合物がもつ電子状態の多様さと、構造の柔らかさを利用することで、無機物にはない新規な物性の開拓を行っています。


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