分子性材料分科

凝縮相中での分子の本質を知る

固体、および、液体は、その中で構成成分間の相互作用が有効に働き、孤立原子・分子とは異なる凝縮系に特有な性質を示します。分子を構成成分とする凝縮系は、分子自身の持つ内部自由度と分子間相互作用の組合せにより、多様な構造と物性を発現する事が出来ます。これら自由度の大きな、有機分子や配位化合物等、分子を単位とする凝縮系を研究対象として、導電性や磁性等を示す新規物質を開拓します。それらの構造と物性を研究し、さらなる機能性物質開拓のための指針を得ます。具体的には、導電性を持つ電荷移動錯体を主たる研究対象として、成分分子の合成から、構造解析、基本物性の測定まで総合的な研究を行っています。これにより、超伝導転移や金属－絶縁体転移等、固体内の自由電子（遍歴電子）に基づく転移現象が発現する物質を開拓します。転移現象を理解するに当たって、構成成分間の相互作用だけではなく、分子内での電荷分布や分子自身の形状等、分子内自由度にも着目した解析を行い、分子が凝縮系物性をどの様に支配しているかの本質を探ります。特に、遍歴電子、或いは、これに近い状態の電子が、温度、磁場、圧力、光等の外場に対して敏感に応答する分子性物質の開拓を試みます。これらの研究によって、応答過程の非平衡状態を研究する、新たな物性科学の分野の発展を図ろうとしています。

研究のスタイル

物質開拓を主な課題としています。有機化学の手法で自ら化合物を合成し、多くの場合、さらにそれらの電荷移動錯体を作製します。結晶構造解析と、導電性、分光学的性質(紫外・可視、赤外スペクトル)、磁性等の基本的な物性を測定し、成分分子や錯体の本質を見極めることを試みます。必要に応じて、学内外の研究グループと協力し合い、更に詳細な測定実験等を行います。

最近の研究成果

より新しい研究成果は、分子性材料のホームページに随時、更新・掲示しますが、現在の主力研究課題の基となった成果は、(EDO-TTF)₂PF₆と呼ばれる電荷移動錯体の奇妙な挙動でした。他に、フラーレンの錯体等も研究していますが、ここでは、EDO-TTF錯体について紹介しておきます。

際立った分子変形を伴う相転移

平面的な形状を持つEDO-TTF分子は、PF6陰イオンと2:1錯体を形成する。この錯体は室温近傍では金属的な導電性を示すが、約7℃で絶縁体に転移する。この時、分子面が際立った屈曲を示す。この様な分子変形は他の金属－絶縁体転移物質では皆無であり、それだけでも(EDO-TTF)2PF6の転移挙動は特異である。一般には、ひとつの金属－絶縁体転移はひとつの転移機構で説明されるが、本錯体の転移は3種類の機構(Peierls, 電荷秩序化, 対成分の秩序－無秩序転移)が共同し合って発現している。本物質は、電子状態の多重不安定性が実現された稀な系である。

超高速・高効率光誘起相転移

(EDO-TTF)2PF6は、左記の通り温度変化に伴い金属－絶縁体転移を起こすが、絶縁体状態にある錯体にレーザー光を照射すると、1兆分の1.5秒の内に高導電状態に転移した。このとき、1光子当たり、50 - 500分子が転移した。図は、この変化を光反射率の変化として追跡した時の実験結果を示している。

関連リンク：分子性材料のホームページ