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ホスト－ゲスト間電子移動の制御による磁石スイッチ 新たな電子状態変換機構に基づく磁気相変換に成功
2022年2月21日『Angewandte Chemie International Edition』誌に論文掲載、および2022年3月15日プレスリリース
2022.03.15
近年、従来の磁性体では実現不可能であった機能性の発現などの「磁石の高機能化」が求められるようになっています。東北大学学際科学フロンティア研究所の張俊 助教と東北大学金属材料研究所の高坂亘 助教、宮坂等 教授の研究グループは、大阪大学大学院基礎工学研究科の北河康隆 准教授と共に、ヨウ素を吸着させることで、反強磁性相から常磁性相へと変換可能な新たな多孔性材料の開発に成功しました。
今回開発された材料は分子性多孔性材料の一種で、層状構造の層の間にジクロロメタンやヨウ素などの小分子を出し入れできるのが特徴です。この分子性多孔性材料は反強磁性体と呼ばれる磁気秩序を持つ磁石の一種ですが、ヨウ素を吸着させると磁石ではなくなる（常磁性状態）ことを確認しました。逆にこの材料は、真空加熱処理でヨウ素を脱離させることで元の状態へと戻ります。本現象は、吸着されたヨウ素分子が分子格子から電子を受け取ることで、分子格子の電子状態を変化させ、磁気秩序を持たない状態になることで生じたものです。吸着分子とホスト骨格の間で電子の授受を直接行うことで駆動する可逆磁気相変換は世界初で、化学的刺激により駆動する分子デバイスの新たな駆動原理の一つとして今後の発展が期待できます。
本研究成果は、2022年2月21日付け（現地時間）でドイツ化学会誌『Angewandte Chemie International Edition』にオンライン掲載されました。
層状分子骨格へのヨウ素分子吸着（左）およびヨウ素吸着に伴うホストゲスト間の酸化還元反応の模式図（右）。ドライ状態では電子を一つ受け取って−1価の状態にあったTCNQ誘導体分子は、ヨウ素吸着後にはヨウ素に電子を渡して中性状態（0価）に変化している。一方、吸着前は中性だったヨウ素分子(I2)は、吸着後はTCNQ誘導体から電子を受け取り、−1価の状態（I3−）に変化している。
論文情報：
Jun ZHANG, Wataru KOSAKA, Yasutaka KITAGAWA, Hitoshi MIYASAKA
Angewandte Chemie International Edition
"A Host-Guest Electron Transfer Mechanism for Magnetic and Electronic Modifications in a Redox-Active Metal−Organic Framework"
DOI: 10.1002/anie.202115976
https://doi.org/10.1002/anie.202115976