酸素の吸着で磁石の変遷を観る 酸素の电子スピンを利用した分子デバイスへの応用に筋道

酸素の吸着で磁石の変遷を観る酸素の电子スピンを利用した分子デバイスへの応用に筋道

2025年10月 2日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　宫坂等

【発表のポイント】

酸素の电子スピン^（注¹^）が磁石の性质に直接相互作用することで、磁石の酸素吸着量に応じ、强磁性（翱狈）と反强磁性（翱贵贵）を连続的（アナログ的）に変调できる新材料を开発しました。
この材料において、磁石が翱狈状态から酸素吸着量の増加に伴い非磁性体に近い翱贵贵状态へと滑らかに変化する様子を、世界で初めて连続的に観测しました。
本成果は吸着酸素量にきめ细かく反応する「アナログ磁石」として、次世代の酸素センサーや高性能分子デバイス开発への贡献が期待されます。

【概要】

酸素は、磁石の起源となる电子スピンを持つ最小の分子単位の一つです。もし酸素のスピンを磁石の翱狈／翱贵贵スイッチとして自在に利用できれば、酸素を选択的に検知?制御する新たな分子デバイスの开発につながります。

東北大学金属材料研究所の高坂亘准教授と宮坂等教授の研究グループは、酸素の吸脱着によって磁気相^（注²^）を切り替えられる磁石を报告してきました（参考文献1）。しかし、酸素の吸着が进む过程で磁気相がどのように変化していくのかは未解明でした。

今回、本研究グループと大阪大学大学院基礎工学研究科北河康隆教授および武漢大学張俊教授らとの共同研究グループは、酸素ガスの吸脱着で磁石のON／OFFを制御できる二例目となる多孔性磁石^（注³^）を开発しました。本材料では、わずかな酸素吸着量で磁石の状态を连続的に制御できることが特长です。酸素の吸着量変化に応じて、磁石が翱狈状态から翱贵贵状态へと滑らかに移行する磁気相変化を时间経过とともに世界で初めて追跡することに成功しました。この成果は、単なる二元的翱狈／翱贵贵スイッチを超え、アナログ的に调整可能な分子デバイス実现への道を拓くものです。

本研究成果は、2025年9月17日（现地时间）付で、アメリカ化学会誌Journal of the American Chemical Societyにオンライン掲载されました。

図1. 電子供与性分子（水車型ルテニウム錯体）と電子受容性分子（TCNQ誘導体）から合成される層状MOF磁石の模式図。

【用语解説】

注1. 電子スピン：電子はマイナスの電荷を持ち、自転（スピン）していると考えることができます。そのため、一つ一つの電子はS極、N極を持つ棒磁石のようにみなすことができます（コイルを巻いた電磁石をイメージして下さい）。スピンはしばしば、矢印によって表されます。

注2. 磁気相：常磁性、強磁性、反強磁性をはじめとする様々な電子スピンの配列の様式（磁気秩序状態）を総称して磁気相と言います。常磁性は秩序を持たない状態であり、強磁性、反強磁性、フェリ磁性は磁気秩序を持つ状態です。磁石として機能するのは、強磁性、フェリ磁性の磁気秩序状態であり、反強磁性は、通常の意味での磁石としての機能は持たない磁気秩序状態になります。

注3. 多孔性磁石：これまでの研究において、酸素や二酸化炭素の吸脱着を利用した磁石のON-OFF（磁気相変換）が可能な材料が見出されていました（参考文献1?5）。

【论文情报】

タイトル：Cooperative Magnetic Phase Evolution via Oxygen Spin Coupling in a Layered Metal?Organic Framework
著者：Jun ZHANG, Yang CAO, Wataru KOSAKA, Masaki MIMURA, Yasutaka KITAGAWA, Hitoshi MIYASAKA*
*责任着者：东北大学金属材料研究所　教授　宫坂等
掲載誌：Journal of the American Chemical Society
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