東北大ら,眺める方向で明るさが変わる磁石を開発


東北大学と東京大学は,二次元有機・無機ハイブリッドペロブスカイトにおいて,キラル分子を用いて反転心を持たない磁石の材料設計に成功し,身の回りにある磁石が出すような弱い磁場で,眺める方向により明るさが変化する機能を発現させることに成功した(ニュースリリース)。

有機・無機ハイブリッドペロブスカイト(OIHP)と呼ばれる化合物が,低温かつ簡便なプロセスでの合成が可能でありながら,実用化レベルの高効率の太陽電池材料となることから注目を集めている。また,光検出器や発光ダイオードなどフォトニクス材料としての優れた特性も報告されるなど,光機能の開拓が精力的に行なわれている。

これまでOIHPやその類縁体におけるこのような光機能の開拓は,有機分子と鉛ハロゲン化物の無機骨格から結晶構造が構成される,非磁性の化合物で行なわれてきており,光と電気の結合に焦点が当てられてきた。

一方で,OIHPの類縁体の層状化合物では,無機骨格に磁性元素を導入して磁石を作ることができることが知られていたが,光と磁性の結合を利用した光機能の開拓は,これまで行なわれていなかった。

研究では,OIHP系材料において,物質を眺める方向によって明るさや色が違って見えるという奇妙な磁気光学現象(光学的電気磁気効果)が期待される,反転心を持たない磁石(強磁性体)の開発をなった。

具体的には,有機物と無機物のナノシートが交互に積み重なった層状の二次元有機・無機ハイブリッドペロブスカイト(2D-OIHP)で,無機骨格に磁性元素を組み込めるのに加えて,サイズが大きな分子でも導入できる点に着目し,強磁性を示す2D-OIHP銅塩化物にキラル分子を導入し,空間反転対称性の破れを誘起した。

開発した化合物では,空間反転対称性が破れた結果,キラリティだけでなく極性の発生も確認され,強磁性状態でこの極性軸方向と垂直に磁場を印加することで,光学的電気磁気効果の観測に成功した。さらにこのような光応答を,我々の身の回りにある永久磁石が出すような弱い磁場で制御できることを見出したという。

今回,開発した材料には,低温にしないと光学的電気磁気効果が発現しないという課題があるが,今後<室温以上の強磁性転移温度を持つ有機・無機ハイブリッド化合物の物質開発を進めることで,光スイッチや光アイソレータなどのさまざまなスピンフォトニクスデバイスへの応用展開が期待されるとしている。

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