3種類の金属が並んだ常磁性一次元化合物の合成に成功

長い距離でも、強い磁気的相互作用を示す

2024年8月20日

国立大学法人東海国立大学機構 岐阜大学

3種類の金属が並んだ常磁性一次元化合物の合成に成功

長い距離でも、強い磁気的相互作用を示す

本研究のポイント

・ロジウム(Rh)、白金(Pt)、ニッケル（Ni）の3種類の金属が、直接の金属結合(注1)で-Rh-Rh-Pt-Ni-Pt-と並んだ一次元化合物の合成に成功した。

・得られた一次元化合物のNiは不対電子(注2)を2個もち、隣接のNi中の不対電子と反強磁性的相互作用（注3）することを明らかにした。

・金属結合を介した磁気的相互作用は、長距離でも強いことを証明した。

研究概要

　岐阜大学工学部 植村一広准教授、自然科学技術研究科 修士課程（令和6年）修了生 安達友教さん、工学研究科 博士後期課程（令和5年）修了生 高森敦志さん、岐阜大学工学部 吉田道之助教は、白金(Pt)とニッケル（Ni）がPt-Ni-Ptと並んだ金属錯体（注4）を、ロジウム(Rh)の複核錯体で連結し、-Rh-Rh-Pt-Ni-Pt-と一次元状に伸長化させることに成功しました。それぞれの金属イオンは直接の金属結合で連なり、バンド構造（注5）を形成するにも関わらず、Niに不対電子が2個存在した常磁性であり、これらの不対電子は、-Pt-Rh-Rh-Pt-の13 Å(オングストローム)の距離で、強く反強磁性的相互作用することを明らかにしました。この一次元伸長化法は、周期表中の様々な種類の金属を選び並べられる可能性があり、強磁性化、単一次元鎖磁石、伝導電子と磁性電子が織りなす強相関電子系への発展が期待されます。

　本研究成果は、2024年8月11日にAngewandte Chemie International Edition誌のオンライン版で正式に公開されました。

研究背景

　身の回りの磁石は、物質中の多くの不対電子が作り出す磁気モーメントが束となり、大きな磁束となることに起因します。その束となる力が、磁気的相互作用であり、磁気モーメントの向きをN極とS極で表すと、同じ方向に向くのが強磁性的相互作用、打ち消し合うよう反対向きに向くのが反強磁性的相互作用と呼ばれます。通常、この相互作用は、距離が近いほど強い傾向があります。例えば、酸化物のMnO、FeO、CoO、NiOでは、各金属イオン（Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+）は酸素イオン（O2-）を介し、4.2 Åの距離で三次元的に