【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22MS0029
利用課題名 / Title
電子焦電性を示す分子結晶の表面構造と電子特性の解析
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
焦電性, 表面分極電荷, 原子価互変異性, 錯体分子結晶
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
金川 慎治
所属名 / Affiliation
九州大学先導物質化学研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
湊 丈俊
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
分子内電子移動に基づく新奇の焦電特性を示す原子価互変異性異核複核錯体分子の結晶について, 走査プローブ顕微鏡（SPM）による結晶表面の構造と電子状態特性の解析を行う。まず, 結晶表面の平滑性, 不純物濃度, 完全性などを確認し, ケルビンプローブ測定により表面の仕事関数を解析する。さらに温度変化や外場に対する結晶表面の電子状態の応答について観察し, 個々のミクロな分子の電子状態とバルク結晶の電気的特性の相関を明らかにする。これらにより, 電子焦電特性のより詳細な解明を行う。
実験 / Experimental
原子価度変異性異核複核錯体[CrCo]の極性結晶参考文献についてSPMによる結晶表面観察を行うため, サンプルマウントの方法について検討した。また,[CrCo]の原子価互変異性挙動は室温から400 Kの範囲について, 各温度での結晶表面の形状観察を行った。併せて温度変化KFPMにより, 各温度（298－400 K）での表面電荷分布を観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
１.結晶表面の状態：溶液中で成長させることで得られた[CrCo]錯体結晶を濾過により回収したのち, そのままサンプルとして用いて[010]面のSPM観察を行った結果, 比較的平滑ではあるものの, 表面に粒子状付着物が多くみられた。これらは濾過後に結晶同士の接触などにより表面に付着したものであると考えられた。より清浄な表面を観察するため, 粘着テープによるへき開後に改めて観察を行ったところ, 結晶表面にステップ上の構造がみられた。各ステップの高さは3 nm程度であり, これは結晶構造解析から得られた[CrCo]結晶の単位格子のb軸の長さと一致していた。(図1)以上のことから, [CrCo]結晶の表面観察においてへき開が有効な手段となることが分かった。 ２.温度変化KFPM：室温における観察範囲の平均ポテンシャルは0.523 V(30℃)であった。加熱過程においてこの値は徐々に減少し, 60 ºC, 130 ºCにおいてそれぞれ0.514 V, 0.214 Vとなった。また, 冷却過程における平均ポテンシャルは0.0962 V(60 ºC), 1.02 V(25 ºC)であった。現在のところこれらのポテンシャルの変化は原子価互変異性による表面分極の変化を直接的に観測できたものと期待している。一方で, 冷却過程では単調増加がみられなかったことや, 室温で元の値に戻っていないことなど重大な疑問点が未解決である。繰り返し掃引による結晶表面の劣化や同一箇所での観察が今回はできていないことが問題になっていると考えており, 今後の検討課題である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 へき開後の[CrCo]結晶[010]面で観察されたステップ上の表面構造
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・参考文献 S. Kanegawa et al., J. Am. Chem. Soc. 2016,
138, 14170−14173.
・謝辞 本研究の実施に関し, 湊 丈俊博士(IMS)に感謝します。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件