研究室紹介OPAL-RING
石田 研究室

純粋有機ラジカル強磁性体の約半数を発見

当研究室は、電気通信大学の特質を考え、エレクトロニクスに関わる化学の分野に取り組んでいる。研究の中心は「分子性磁性体の応用」と「希土類錯体の応用」である。
かつての有機化合物の常識は、科学の発展によって次々と覆されてきた。有機化合物の電気伝導性が解明され、有機超伝導材料も発見されるようになると、次には有機化合物が強磁性体（＝磁石）となり得るかという命題に関心が移ってきた。
古来より有機化合物は磁気的に反磁性、というのが常識だった。電子は１つ１つが磁性を持つが、原子同士が結合する際に逆向きの磁性同士が対になって打ち消し合い、分子全体として磁性を持たなくなるからである。
こうした常識を覆すように、わが国のグループが磁石になる有機物質を発見した。続いてフランスのグループも別の物質で発見し、当研究室は３番目の発見者となったのである。これまで、純粋有機ラジカル強磁性体の約半数を当研究室が見つけている。いずれの強磁性体も磁性を失う温度（転移温度）が低いので、その向上が課題となっている。
当研究室では、主に有機合成的手段を用いて物質を合成し、低温１・８Ｋ（ケルビン）までの磁気物性の温度変化を測定する。そして、興味深い物性を示し、単結晶が得られたものは、Ｘ線結晶構造解析を行い、磁気物性と構造との関係を理論的に明らかにするという手法をとっている。

遷移金属錯体の研究

一方、当研究室は、有機化合物と遷移金属イオンの複合物質（錯化合物）の研究にも力を入れている。「錯化合物」は金属の力と有機化合物の力を兼ね備えたもので、いわば有機無機のハイブリッドである。最近、有機ラジカルとコバルト（II）イオンから錯形成した化合物で世界最大の保磁力52 kOe（キロエルステッド）をもつ磁石を開発することができた。保磁力とは磁気ヒステリシスの幅であり、この物質が磁化を失いにくいという特性にあらわれる。
さらに、ラジカルと銅イオンからなる、ナノメートルサイズのチューブ状空洞をもつ錯体も合成した。この空洞にハロゲン化アルカリや水を導入すると、強磁性的相互作用が起こった。特に水の場合には、６倍磁化しやすくなり、水を抜くと元に戻るという可逆性も発見された。

ランタノイド錯体の応用

当研究室では希土類（ランタノイド）錯体の応用の分野にも力を入れている。遷移金属イオンとランタノイドイオンを含む錯体から、巨大な磁気モーメント（スピン量子数27／2）をもつ錯体分子の合成に成功した。
同様な錯体から、低温で「単分子磁石」の性能を有するものを開発した。これはたった１つの分子が磁気ヒステリシスを示すという、従来の磁石とは一線を画する磁性材料である。ナノテクノロジーの一翼を担うものとして、超高密度情報記録媒体への応用が期待される。
また、ランタノイドは発光素子としても重視され、磁性を光で操作するのに重要な物質と考えられている。

磁気記録媒体の開発

キラル磁石、分子包接による磁性制御

キラル磁石、分子包接による磁性制御といった面でも、当研究室は新しいフロンティアを開拓しつつある。有機・分子性材料を基調とすれば、溶ける磁石、光る磁石、透明な磁石など、旧来の無機材料にはない複合機能性材料が開発できる。例えば、光磁気スイッチングデバイスの開発へ展開する。