Research Abstract
混合原子価スピンクロスオーバー鉄グリッドにおけるプログラム可能なスピン状態スイッチング（スピン状態の選択的自在変換）
Programmable spin-state switching in a mixed-valence spin-crossover iron grid
2014年5月15日 Nature Communications 5 : 3865 doi: 10.1038/ncomms4865
スピンクロスオーバー錯体や鉄コバルトプルシアンブルー類縁体に代表される双安定性化合物はある温度で2つの電子状態（スピン）状態を持ち、特定の波長の光を照射することで低スピン状態と高スピン状態を相互変換（スイッチング）できるため、バイナリデータを記憶できる。1つの分子に2種類の双安定サイトを組込むことができれば、ある温度で3つ以上の電子状態を持つ多重双安定性化合物が得られる。このような化合物では異なる光でそれぞれのサイトを選択的に光変換することが可能となり、分子はターナリーデータを取り扱うことができる。今回我々は、グリッド型鉄(II)四核錯体（[FeII4]）とその2電子酸化体（[FeII2FeIII2]）を合成し、それらの熱と光によるスピン状態変換について報告する。混合原子価錯体（[FeII2FeIII2]）は熱による状態変換は示さないが、極低温で異なる波長のレーザー光照射により基底スピン状態から2種類の準安定スピン状態に選択的にスイッチングすることが可能である。本研究で見いだした多重双安定性化合物におけるサイト選択的光変換は、次世代分子素子であるターナリー分子メモリーや分子スイッチなどの基盤分子技術に大きな影響を与えるであろう。
松本 卓士1, グラハム N. ニュートン1, 志賀 拓也1, 速水 真也2, 松井 裕太3, 岡本 博3, 熊井 玲児4, 村上 洋一4 & 大塩 寛紀1
- 筑波大学大学院 数理物質科学研究科
- 熊本大学大学院 自然科学研究科
- 東京大学大学院 新領域創成科学研究科
- 高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
Photo-switchable systems, such as discrete spin-crossover complexes and bulk iron–cobalt Prussian blue analogues, exhibit, at a given temperature, a bistability between low- and high-spin states, allowing the storage of binary data. Grouping different bistable chromophores in a molecular framework was postulated to generate a complex that could be site-selectively excited to access multiple electronic states under identical conditions. Here we report the synthesis and the thermal and light-induced phase transitions of a tetranuclear iron(II) grid-like complex and its two-electron oxidized equivalent. The heterovalent grid is thermally inactive but the spin states of its constituent metal ions are selectively switched using different laser stimuli, allowing the molecule to exist in three discrete phases. Site-selective photo-excitation, herein enabling one molecule to process ternary data, may have major ramifications in the development of future molecular memory storage technologies.
