【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.31】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23MS5015

利用課題名 / Title

キラリティーと結合した新奇量子伝導の検出とデバイス応用

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 / IMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

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

キラル構造体, 自己組織化, 超伝導

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)

佐藤 拓朗

所属名 / Affiliation

分子科学研究所 協奏分子システム研究センター（山本G）

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

Malatong Ruttapol,Urban Adrian Joe,Wu Dongfang,山本 浩史

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-205：単結晶X線回折（CCD-1）
MS-206：単結晶X線回折（CCD-2）
MS-218：SQUID（MPMS-7）
MS-219：SQUID（MPMS-XL7）
MS-230：円二色性分散

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本課題は、対称性と結合した新奇な伝導現象を検出し、そのミクロな起源の解明を目指したものである。特に、近年注目を集めているキラルな対称性に注目し、キラル構造体を電子が通過した際に生じる自発的な巨大スピン偏極現象(CISS効果)の実験的な観測に取り組んだ。CISS効果を高効率に検出するためには試料条件の最適化が必須であり、利用申請した装置を用いて、作成したキラル有機結晶や自己組織化キラル単分子膜の構造や膜質の評価を行った。

実験 / Experimental

具体的な対象物は、キラルな空間群に属する有機半導体・有機伝導体や、電極基板上に形成した自己組織化キラル単分子膜や、Physical Vapor Deposition(PVD)法で作成したらせん超分子など、多岐に渡る。CISS効果は主に伝導測定によって検証するが、その測定の前段階として、作成した試料が所望の構造を持ち、特に単一なキラリティーを有しているかどうかを確認することが重要である。X線による波数空間情報、SEMによる実空間情報、光学測定による励起や吸収の情報などを通じて、対象物の基礎物性を詳細に確認した。

結果と考察 / Results and Discussion

キラルな空間群に属する有機半導体・有機伝導体として、ペリレンジイミド(PDI)分子結晶、k-(BEDT-TTF)₂Cu(NCS)₂に着目し、自己組織化キラル単分子膜としては、らせん構造を持つペプチドや、キラリティの外部スイッチングが可能な分子モーターを用いた。これらの系を対象に、Ｘ線の単結晶評価や反射率測定から、バルクとしての構造解析や膜質の解析を行い、予想通りの構造や膜厚が得られたことを確認した。加えて、CD測定（ID：MS-230）からは、単一のキラリティーを形成していることを効率的に判断することができた。他にも、CISS効果の測定で使用する磁性電極に関して、SQUID（ID：MS-218）で事前に磁場応答を明らかにしたことで、その後の伝導度測定結果の解釈をスムーズに進展させることができたと考えている。特に、k-(BEDT-TTF)₂Cu(NCS)₂に関しては、超伝導とキラリティーが結合した巨大非相反伝導・巨大超伝導ダイオード効率を観測することに成功した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

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)

1. Hiroki Aizawa, Enantioselectivity of discretized helical supramolecule consisting of achiral cobalt phthalocyanines via chiral-induced spin selectivity effect, Nature Communications, 14, (2023).
   DOI: 10.1038/s41467-023-40133-z
   
2. Ruttapol Malatong, Highly Durable Spin Filter Switching Based on Self‐Assembled Chiral Molecular Motor, Small, 19, (2023).
   DOI: 10.1002/smll.202302714
   
3. Yoshitaka Kawasugi, Strain-induced massless Dirac fermion state of the molecular conductor α-(BEDT-TTF)2I3, Applied Physics Letters, 122, (2023).
   DOI: 10.1063/5.0141023
   
4. Adrian Joe Urban, Strong and Tunable Near‐Infrared Circular Dichroism in Helical Tetrapyrrole Complexes, Chemistry – A European Journal, 29, (2023).
   DOI: 10.1002/chem.202300940
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 佐藤 拓朗, 山本 浩史“カイラルな有機超伝導体における巨大非相反伝導と超伝導ダイオード効果”日本物理学会2024年春季大会オンライン
2. Takuro Sato and Hiroshi M. Yamamoto “Emergent spin-momentum locking and triplet-mixed Cooper pairs in a chiral organic superconductor” International Symposium on Quantum Electronics, 2024年2月13日, Ito International Research Center, The University of Tokyo
3. 佐藤 拓朗“有機キラル超伝導におけるスピン三重項混成” ISSPワークショップデバイス活用で臨む有機伝導体の未来, 2024年3月26日, 物性研究所

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