【発明の詳細な説明】
結晶様遷移金属物質を含有する組成物およびその使用方法
関連出願の参照
本出願は、米国特許出願番号08/621,363(1996年3月25日出願)の一部継続出
願であり、この米国特許出願番号08/621,363は、米国特許出願番号08/228,782(
1994年4月18日出願、米国特許第5,501,808号として発行されている)の一部継続
出願である。
発明の分野
本発明は、独自の電子特性を示す遷移金属を含む、結晶様構造を有する物質に
関する。
発明の背景
光磁気化合物は、しばらくの間知られており、それらは磁気−光学(MO)物質と
も呼ばれる。Enzら(1970)Philips Tech.Rev.31:33;Enzら(1971)J.Phys.(Paris)
Colloq:Pt.21-703;およびVerdaguer(1996)Science 272:698。通常起こる磁気特
性の変化は、本質的な磁化の増加または減少のいずれかであり、化合物は強磁性
、常磁性または反磁性状態で存在する。
1980年代後半に、MO物質は磁気情報を記憶し、回復するデバイスに利用された
。この物質は、磁気光学であるが、実際の使用においてレーザーにより供給され
た熱的加熱により物質の磁気特性が影響を受けると考えられる。この原理は、キ
ュリー点を越える温度まで表面が上昇することである。このキュリー点では、磁
気ドメインは付与された磁場と容易に整列し得る。Kryder(1993)Annu.Rev.Mater
.Sci.23:411。磁的に整列したドメインに記憶された情報は、第2の偏光低出力
レーザーにより回復される。このレーザーは、極性カー効果として公知の効果に
より変更される。光の偏光角は、磁気的に偏った表面から反射される場合、回転
する。このタイプのMOシステムの欠点は、情報が記憶され得る有効面積(面積密
度として公知)が、媒体への熱伝播によりレーザービームの幅よりもずっと大き
くなることである。また、磁気特性が変化し得る速度は、物質中の音速に限定さ
れ、これは一般に、代表的な電子励起よりもずっと遅い。
MOディスクドライブは、高容量の消去可能な記憶形態としてのコンピューター
への方法を見出す成長する技術である。それらが1989年に市場に導入された際、
取り外し可能5インチディスクは650メガバイトの情報の記憶容量を有した。MO
ディスクもまた、磁場中で極度に安定である。しかし、5インチディスクは、「
個人使用にとって扱いにくいことが分かった」。Kryder(1993)。MOディスクのこ
の欠点および他の欠点にも関わらず、1991年に概算2億6千1万ドルのセールス
を享受し、続く6年に渡り26%の成長を具体化した。
MOドライブは、代表的な磁気記憶と区別される品質を2、3有する。MOドライ
ブは、フロッピーディスクドライブと固定ハードディスクドライブとの間の雑種
として考えられ得る。MOドライブは、そのディスクが取り外し可能であるのでフ
ロッピードライブのようであり、大量のデータを記憶し得るのでハードドライブ
のようである。この組合せは、大量のデータを記憶するコスト的に有効な方法を
提供する。例えば、3インチMOドライブは、127メガバイトのデータを保持し得
る。MOドライブのさらなる利点は、室温での磁場効果に実質的に通過しないこと
である。これは、フロッピーディスクも固定ハードディスクも提供し得ない効果
である。簡潔には、この効果は、その飽和保磁力が極度に温度依存性である薄膜
の使用に起因する。全てのこれらの利点に加えて、MOドライブは、増強された安
定性を有する。MOディスクドライブは、媒体に対して少なくとも10年の寿命スパ
ンを有する見込みを示し、そして20年が予想され得る。また、異方性は、50℃で
の70年のアニーリング中に10%未満の低下を被ると予想され得る。これらの特性
の全て(高記憶容量、磁場に影響を受けない、および長期安定性)により、MOデ
ィスクは新しい技術をアピールする。
MOディスクはまた、従来のハードディスクドライブをMOディスクで置き換える
ことを妨げるいくつかの欠点を有する。MOドライブは、固定ハードディスクドラ
イブと同様に機能しない。MOディスクは、ハードディスクドライブの10〜15ミリ
秒に対して50〜100ミリ秒のアクセス時間を有する。MOドライブはまた、ハード
ディスクドライブが有する1秒あたり2または3メガバイトに対して1秒あたり
約1メガバイトのデータ速度を有する。MOドライブがまだ珍しいという事実と共
にこれらの欠点は、MOドライブが広範な容認および人気を得るのを困難にする。
上記で説明したMOディスクドライブの利点および不利点が与えられると、MOデ
ィスクはフロッピーディスクともハードディスクとも置き換えられ得ない。MOド
ライブは高価すぎ、かつ珍しすぎるので、フロッピーディスクの代わりに使用さ
れず、一方、遅すぎてハードディスクの代わりに使用されない。それでもまだ、
MOディスクはデータ記憶の分野においてその地位を見出している。MOドライブは
、大きい、あるいは頻繁に使用されないデータの記憶に最も適している。このよ
うに、データセットは、MOディスクに書き込まれ得、そして再度必要になるまで
文字通り棚に置かれ得る。
薄膜は、数オングストロームと数ミクロンとの間の任意のフィルムであり得る
。薄膜の堆積は、複雑な科学であり、実用的に多くの技術である。大部分の堆積
プロセスは、いくつかの用途において、10-10Torr程度の高度の高真空を必要と
する。用途に応じて、多くの異なる堆積方法が利用可能である。MOドライブに使
用される希土類遷移金属フィルムの堆積について、スパッタリングが良好に作用
することが見出されている。
薄膜が有する厳密な真空要求のため、真空技術から必要とされる多量の精巧化
(sophistication)が存在する。不純物が蒸発せず、かつフィルム上に堆積しな
いように、リークはシールされ、かつ真空チャンバは清潔でなければならない。
チャンバ壁を通過するガスのもれおよびチャンバ壁の蒸発もまた、より高真空で
考慮されなければならない。
スパッタリングは、標的が基材と共に真空下に置かれ、そして標的から原子が
出て、基材上に堆積するように衝突する技術である。標的は、標的の原子を真空
中に追い払う高エネルギー粒子(例えば、1KeVのArイオン)と衝突する。真空
中にあると、標的からの原子は基材上、ならびにチャンバ壁に堆積する。スパッ
タリングの1つの主要な利点は、標的と同一の組成を有するフィルムの堆積が可
能であることである。他の技術は、この利点を必ずしも有しない。なぜなら、異
なる原子は異なる速度で蒸発し、拡散速度は他の技術で使用される高温で高いか
らである。従って、標的は特定の組成で作製され得、そして正しい組成物が基材
上に堆積されるという保証を伴ってスパッタリングされる。
MOドライブの背景の基本理論は、非常に温度感受性の磁気特性を有する物質の
使用である。この物質は、室温を越えるキュリー温度を有さなければならない。
キュリー温度は、物質が強磁性と常磁性との間で変化する温度である。キュリー
温度以下では、物質は強磁性であり、(約106)の磁気感受性を有する。これは、
物質に関係する磁場を変化させることが非常に困難であることを意味する。キュ
リー温度を越えると、物質は常磁性であり、(約10-6)の磁気感受性を有する。こ
れは、物質の磁場が周囲の磁場により容易に変化することを意味する。強磁性か
ら常磁性へのこの変化は、MOに使用され、レーザーおよび磁場を使用して書き込
みおよび消去を行う。
MOディスクへの書き込みは、図1Aに模式的に示され得る。全てのドメインは、
最初「上向き(upward)」方向に設定される。従って、「下向き(downward)」
方向ドメインのみが書き込まれる必要がある。プロセスは、磁場を下向き方向の
ディスクに付与することで始まる。付与された磁場は、室温でフィルムに影響を
与えるのに必要な磁場よりも顕著に低く、その結果、フィルムは影響を受けない
ままである。次いで、ミクロンサイズのダイオードレーザーは、フィルム表面に
パルスを与える。レーザーがパルスを与えた領域では、フィルムは約300℃に加
熱される。これは、フィルム温度をキュリー温度を越えて(フィルムは容易に変
化する)上昇させるのに十分である。この点にて、レーザー照射されたドメイン
の磁化は、下向き方向(すなわち、付与された磁場の方向)に変化する。パルス
が停止すると、フィルムを冷却し、下向きの磁化で凍結する。下向きドメインは
、バイナリーメモリにおける1を表すために使用され得、一方、上向きドメイン
は、0を表すために使用され得る。実際、2つのドメインは、それぞれのビット
に必要である。第2のドメインは、常に0であり、1が不明瞭でなく認識される
ように比較のために使用される。
現在利用可能なMOドライブにおける情報の上書きは、2工程プロセスで行われ
る。第1に、古い情報を消去する。これは、磁場を上向き方向に設定し、そして
ディスクが回転するにつれてレーザーを連続的に走査することにより行われる。
次いで、磁場を下向き方向に設定し、そして前述のように、レーザーをパルス照
射することにより新しい情報を書き込む。従って、2つの経路が情報を上書きす
るために必要である。この固有の無能さは、MOドライブを遅くし、MOドライブの
主要な欠点である。しかし、磁場がデータ速度で変調される単一経路上書きが必
要とされる。さらに、磁気ヘッドは、冷却されるドメインが影響を受けないよう
に、小さくかつ記録フィルムに非常に近接していなければならない。これにより
、MOドライブの主要な利点であるヘッドと媒体との大きな空間が排除される。
磁気光学媒体の読み込みはまた、ドライブ中のレーザーを使用するが、顕著な
加熱が生じないように減少した強度である。磁場は、磁気ヘッドで読み込まれ得
たが、これは、媒体に非常に近接した非常に小さいヘッドを必要とする。上述の
ように、このような設定は、MOドライブの重要な利点を排除する。図1Bは、デー
タが磁気光学ディスクから読み込まれる方法の模式図を示す。ダイオードレーザ
ーは、偏光板を通る減少したビームを放射し、ディスク上に焦点が合わされる。
極性カーMO効果により、偏光解消面は、ビームを反射するドメインの磁化に依存
して小さい角度±(K)回転する。次いで、反射された光は、ビームスプリッター
により分割され、アナライザーと呼ばれる第2の平面偏光板を通して送られる。
次いで、アナライザーは、上向きの磁化により反射されるビームが完全に相殺さ
れるように配置され得る。これにより、光検出器によりシグナルが検出されない
場合、0が記録され得た。次いで、下向きの磁化から反射されるビームは、少な
くとも一部分、アナライザーを通過し、そして光検出器により検出される。次い
で、これにより、1が記録され得た。従って、MOディスク上のバイナリーパター
ンは、極性カー磁気光学効果により読み出される。
より多くのデータをディスクにフィットさせる試みにおいて、短波長媒体が研
究されている。800nm標準の代わりに使用される400nmで光を放射するレーザーの
開発は、比較的単純な仕事である。必要な磁場をこのような小さなドメインに保
持する物質を見出すことが困難である。研究において最も見込みのある物質はざ
くろ石であるが、まだ解決されるべき問題かある。
ざくろ石は、将来のMO用途に見込みがあるようにする多くの魅力的な特性を有
する。それらのMO効果は800nm範囲付近で小さいが、効果は約400nmで大きくなる
。
ざくろ石はまた、腐食および長期アニーリングに対して非常に安定である。それ
らは、数百℃の温度でのアニーリングに対してさえ耐性である。これらの特性に
より、ざくろ石は短波長媒体について非常に魅力的な選択となる。
不幸にも、いまだ解決されていない2つの主要な問題がざくろ石にはある。ざ
くろ石は高温でのアニーリングに対して耐性であるので、基材もまた耐性でなけ
ればならない。なぜなら、ざくろ石は高温でさえ堆積されなければならないから
である。これは、現在のMOディスクに使用されるプラスチック基材を排除する。
大部分の基材(ガラスを除く)は、低コストの記憶媒体に対して高価すぎる。低
コストならびに温度および腐食に関する高耐性のため、ガラスは、少なくとも当
分の間、ざくろ石が使用し得る唯一の基材として非常に良好であり得る。ざくろ
石の他の主要な問題は、それらが貧弱なシグナル−ノイズ比を有することである
。ざくろ石は、約400nmの粒子サイズを有する傾向があり、これにより、ドメイ
ン壁が粒子境界を伴う。これにより、ドメインサイズの大きな変動および大量の
ノイズが生じる。いくつかの研究は、粒子サイズが30nm程度になされることを示
す。これは、粒子境界を伴うドメイン壁の問題がまもなく解決され得ることを示
す。
近年の結論は、MOディスクドライブは大量の記憶場所において地位を見出す成
長する技術であることである。それらの大記憶容量および比較的遅い読み/書き
時間のため、MOディスクドライブは、あまり頻繁に使用されない大量のデータに
最も適している。薄膜の堆積に関係する技術は数多くあるが、同様にこの領域に
おいて学習されるべき技術はまだ非常に少ない。MOドライブは、レーザーにより
そのキュリー温度を越えて加熱される場合、小さなドメインを変化させる大きな
磁場に基づいて作用する。
古いデータの上書きは、書き込みヘッドの2つの経路を必要とする。1つは、
データを消去し、もう1つは新しいデータを書き込むことである。この2重経路
は、MOドライブが従来の磁気ハードディスクよりも遅い理由の1つである。MOデ
ィスクからのデータの読み込みは、読み込まれるドメインの磁化により回転する
(極性カー効果)、平面偏光された低強度レーザービームを含む。将来のMOドラ
イブは、おそらく400nmの波長を有するレーザーを用いる、ガラス基材上のざく
ろ石を有することが予想されている。
光学スイッチまたは光学スイッチングは、コンピューター産業の重要な将来の
目的である。Islam(1993)Byte 17:183。光学スイッチの定義は、1つの光シグナ
ルが第2の光シグナルの特性に影響を与えることを可能にする装置である。いく
つかのタイプの光学スイッチが開発されており、それらの大部分は電子光学であ
る;機能するために外部電位を必要とするスイッチがある。McIntyreら(1990)SP
IE Proc.Ser.1378:162。近年、操作するために光のみを必要とし、提案されてい
る光学コンピューター産業において最も望ましい光学スイッチがいくつか開発さ
れている。不幸にも、スイッチ物質の光誘起化学または構造変化に基づくこれら
のスイッチは、生来遅く、その結果、それらの有用性は制限される。Islam(1993
);およびWoodら(1989)SPIE Proc.Ser.1105:154。
光コピーは、一般に、光が照射されると静電電荷を生じる物質を用いて達成さ
れる。Mercer(1967)「Photography and Photocopying」第3版、MacDonaldおよ
びEvans、London、29〜34頁。次いで、静電インクは、画像を形成する光に露光
された領域に付与される。この設計の欠点は、大部分の物質が静電電荷に対して
応答する傾向があることであり、これにより、所望でない静電荷の機械の他の部
分への移動が生じ得る。次いで、これは、光コピー機の機能に影響を与える。現
在使用中の静電化合物の代わりに光磁気化合物を使用することは、この問題を制
限する。なぜなら、大部分の物質は磁場に対して応答しないからである。
電気特性に影響を与える本質的なパラメーターを有する新しい物質の開発は、
ますますより重要になっており、種々の科学分野を包含し始めている。非局在化
π系を含む共有結晶物質は、他の特性(例えば、部分的に充填された電子エネル
ギーレベルおよび特定のタイプの電子−フォノンカップリング)と組み合わせた
場合、興味深い電子特性を示すことが公知である。例えば、Kittel,Introducti
on to Solid State Physics、第6版、John Wiley & Sons,Inc.,New York(198
6),338-340頁を参照のこと。これらの特性を有する物質の例として、Zhuら、Na
ture,355:712-714(1992)に記載のインターカレートしたグラファイトおよびn-
ドープポリアセチレン、MacDiarmidら、Synth.Met.,18:285(1987)に記載のp-ド
ープポリアニリン、Labesら、Chem.Rev.,79:1(1979)に記載の窒化イオウ(SN)、
およびHaddonら、Nature,350:320-322(1991)に記載のインターカレートしたC60
が挙げられる。これらの物質は、半導体から金属様導電体のパラメーター範囲を
示し得、多くは超伝導性である。例えば、インターカレートしたC60物質は、45K
程度の超伝導変換温度(Tc)を有し得る。
いくつかの銅酸化物含有化合物は、125K程度のTc値を有することが見出されて
おり、これは、これらの物質中に広がる銅および酸素の平面によると考えられて
いる。Cava,Sci.Amer.,263:42-49(1990)を参照のこと。平面内に位置する銅お
よび酸素原子は、結合に90°および180°の角度しか形成しない。このような結
合は、電子系に対して重要な効果を有し得る。なぜなら、原子のdおよびp電子
軌道は、互いに直交するからである。銅酸化物含有化合物の性能は、銅−酸素平
面に類似する構造および寸法を有する物質の研究において興味がもたれている。
平面構造を幾何学的に模倣する物質は、Hofmannクラスレートであり、これらの
うちで最も知られているのは、Iwamoto,Inclusion Compounds,1:29-42,Academi
c Press,London(1984)により開示されているNi(CN)2NH3C6H6である。しかし、物
質の電子特性は、非常に興味深いことではない。それは、非常に良好なインシュ
レーターであり、インシュレーターに関して予想されたネガティブ耐性対温度勾
配を有する。結晶構造におけるπ非局在化の証拠はない。これらの化合物にわた
る非局在化π系は制限され、そして[Ni(CN)4]2-単位にわたってのみ広がると考
えられる。Cu-O平面を模倣する構造を有する他の化合物は、Shriverら、Inorg.C
hem.,4:725-730(1965)に記載の「プルシアンブルー」である。これらの化合物は
、ネットワークが3次元であり、直線状シアニド単位により連結されている八面
体遷移金属からなるという点で異なる。これらの化合物は、クラスレートではな
く、格子中にアルカリ金属などの対イオンを含む。これらの化合物における非局
在化はまた制限され、そして[M(X)(CN)6]-6+X単位にわたってのみ広がると考え
られる。ここで、Xは遷移金属の酸化状態であり、一般に+2または+3である
。π非局在化が銅酸化物平面よりもさらに広がり、新規な電子特性が得られる化
合物を提供することが望ましい。
発明の要旨
本発明の目的は、光が照射された後に局所的磁化を増加させる光磁気物質を含
む装置および使用方法を提供することである。
装置および使用方法は、光学コンピューターおよびコンピューターディスクを
含み、両方とも読み−書き容量およびランダムアクセスメモリ;軽量モータ;磁
気アナログフィルム、テープまたは基材;デジタルフィルム、テープまたは基材
;光学スイッチ;光コピーおよびセンサを有する。
本発明により、Ni(II)、Pd(II)、Pt(II)、Au(III)、Ir(I)、Rh(I)からなる群
より選択される遷移金属を含む好ましい平面化合物、およびFe(II)、Fe(III)、C
o(II)、Co(III)、Cr(III)、Mn(II)、Mn(III)、Mo(II)、Os(II)、Rh(III)、Ru(II
I)およびIr(III)からなる群より選択される遷移金属を含む3次元化合物の使用
が提供される。ここで、これらの化合物の赤外スペクトルは、金属−炭素伸縮の
595〜655cm-1範囲内に指紋ピークを有する。好ましい実施態様において、化合物
は、強磁性であり、ニッケル、鉄またはコバルトを含み、5g/cm3未満の密度を有
し、そして光または熱エネルギーに曝されると増強された強磁性を示す。ニッケ
ルからなる化合物のような平面化合物は、5gm/cm3未満の密度を有する。Feまた
はCoを含む化合物のような3次元化合物は、3gm/cm3未満の密度を有する。
図面の簡単な説明
本発明の種々の他の目的、特徴および付随する利点は、添付の図面をあわせて
考えると、より十分に評価されると同時に、より良く理解される。この図面中で
は、参照となるように特性は同じかまたは類似の部分を幾つかの図を通じて明示
している。そして本明細書では各図は下記である。
図1は、先行技術の磁気−光読み書き機構を表す。図1Aは、MOディスクへの
書き込みに使用される方法の概要図である。図1Bは、MOディスクの読み込みに
使用される方法の概要図である。
図2は、PMおよびNFMの粒子がテープまたは基材中に均一にブレンドされてい
る磁気テープまたは基材の上部からの概要図である。
図3は、フロッピーディスクまたはコンピューターディスクのようなNFMの層
の上に被覆されたPMの断面の概要図である。
図4Aおよび4Bは、図3に示されたデバイスにおける情報の記憶の作用機構
を示す。図4Aでは、付与された磁場は、PMおよびNFM層を横切る。NFMドメイン
は、付与された磁場に直角にランダムに配向することに注意せよ。付与された磁
場は、Bcriticalよりも少ないことに注意せよ。これは記録されていない記憶媒
体である。図4Bでは、λresが1つのNFMドメインに付与され、そしてドメイン
での誘導磁気(または増強された局所磁場)の領域を形成し、BlocalをBcritical
より上に上げ、そしてドメインの偏りを生じる。
図5は、光スイッチの概要図である。光シグナル(B)の偏光(P)は、光シグナル
(A)によって変えられる。
図6は、本発明で使用するための平面化合物の部分的な原子構造を表したもの
である。
図7は、本発明で使用するための3-D化合物の部分的な原子構造を表したもの
である。
図8A−Cは、本発明で使用するための平面化合物の可能なスタッキング配置
を表したものである。
図9は、本発明で使用するための平面化合物の原子構造をカチオンを示して表
したものである。
図10は、本発明で使用するための化合物の赤外スペクトルである。
好ましい実施態様の詳細な説明
本明細書中で使用される「光磁性材料」(PM)は、特定の波長および強度の光に
曝露するとその磁気特性が変化する任意の材料を指す。
本明細書中で使用される「共鳴波長」(λres)は、光誘起効果を最大にする光
の波長を指す。
本明細書中で使用される「通常の強磁性材料(normal ferromagnetic material
)」(NFM)は、永久的に磁化され得る任意の材料を指す。
本明細書中で使用される「光スイッチ」は、真の光コンピューター(true opti
cal computer)での光スイッチを指し、そして1つの光信号をある特性の第2の
光信号に変えることができるデバイスを指す。そのような特性は、相、偏光、お
よび振動数を含むが、これらに限定されない。好ましくは、この変化は、容易に
測定可能なものである。
本発明は、(1)軽量強磁性用途、コンピューターおよびデータ記憶術、(2)記
録技術、(3)光コピーデバイス、(4)光スイッチ、(5)磁気アナログフィルムお
よび(6)電子デバイスおよびセンサーを含む用途を包含するが、これらに限定さ
れない。
今や、真の光磁気特性を有する材料を用いることによって、MO材料を組み入れ
た前記のデバイスの改良が可能である。これらの材料の面積密度はレーザービー
ムの幅、光の波長、および基材表面での光の散乱による小さい効果によってのみ
制限される。このことは、現在MOシステムで現在達成されることができるものよ
りも数オーダー小さい有効な記憶面積をもたらすことができる。第2の改良点は
、情報が材料によって記憶されることができる速度である。これは、PM材料が選
ばれた場合、電子的ベースである機構を有するので、実現され得る。光吸収によ
って誘起される電子励起は通常、サブナノ秒の時間スケールで起こり、これらの
材料の磁気特性の現在使用されている化合物よりも数オーダー小さい変化を起こ
す。
光スイッチングを達成する電気的ベースの光磁性効果材料の使用は、そのスイ
ッチが極限的にサブナノ秒の時間スケールで操作できるので、光コンピューター
の使用を可能とする。
光磁性効果に関して、PMは光コンピューターでの使用に適している。本明細書
で記載される組成物は、それらが光情報を磁気情報に変換できる可能性があるほ
とんど知られていない材料の1つであるので好ましいPMである。情報は光学的に
透過され得るけれども、それはまだ磁気的に記憶されねばならない。従って、光
コンピューター産業は、光ベースのシステムと磁気データ記憶システムの間のイ
ンターフェースとして作用し得る材料を探している。
さらに、PMが光磁気的に応答するという事実は、レーザー光で書き込められ、
次いで消去され、そして再使用されることができる「読み書き」CDの可能性を創
造する。現在の読み書き技術は、熱ベースであり、そして従って正確性が小さく
そして、ディスクは、光磁性効果を使用する低温技術よりも速く劣化する。
PMの軽量性は、それが、磁石が現在使用され、そしてデバイスの重量が重要で
ある全てのデバイスにおける使用に適していることを意味する。PMを含んで作ら
れる磁石は、実質的に従来の磁石よりも少ない重さである。従って、PMから作ら
れる磁石は、電気自動車、飛行機および重量が重要なポータブルデバイスのモー
ターでの使用に適している。
特別の光磁性材料の派生品は、光の助けなしの強磁性材料である通常の強磁性
材料の中に作られ得る(米国特許番号5,501,808)。これらの材料は、大変小さい
物理的密度を有するが、まだ相応な大きい磁気密度を有する。これらの軽量磁石
は、重量が重要な因子である機械(例えば、電気自動車、飛行機およびポータブ
ルデバイスのモーター)での使用に適している。
記録技術 可能性のある応用は、光に直接応答しそして磁気イメージを形成す
る光磁性粒子を染み込ませたテープまたはフィルムの開発である。オーディオお
よびビジュアル記録の分野では、デジタルコードが、レーザービームでテープ上
に書き込まれ得、従って、テープ上に記憶され得る情報の量が増加する。レーザ
ービーム技術は、CD-ROM技術に関連して既に十分開発されている。そのためそれ
をPMベース技術へ適応することは、いかなる大きな技術障壁をも示さないだろう
。さらに、ビジュアル記録の分野では、画像は、PM含浸テープ上に、アナログ形
式で直接保存され得る、即ち、画像は現実に磁気的に保存される。これは、画像
が直接、化学プロセスによってフィルム上に1対1対応で記憶される従来の動画
セルロイドフィルムプロセスに類似している。しかしながら、PMベース技術を用
いると、テープは再使用されそして磁気ビデオテープのように容易に編集される
可能性を有する。
磁気情報記憶 光磁気媒体における情報の記録およびアクセスは以下のように
達成され得る。
図2に示すように、PM粒子(図1中でXで表される)は、テープまたは基材中で
NFM粒子(図2中でOで表される)と結合される。別の構造では、PMは、図3で示
すようにNFMの層の上にコーティングされている。
情報は、以下のように材料上に配置される。
図4Aを参照すると、作製された複合体は、磁気的にNFMドメインを付与され
た磁場に平行に偏らせるのに必要な臨界磁場(Bcritical)よりも小さい付与され
た磁場(Bapplied)中に配置される。図4Bで示すように、共鳴波長(λres)の光
が、PMを含む表面上の1点または全表面に付与されると、PMの磁気ベクトルは増
加する。これは、Blocal=μ(λres)Bappliedの関係に従って、局所付与磁場(Bl ocal
)の強度を増加する。ここでμ(λres)は、PMの光誘導磁気透過性として定義
される。Blocalは、Bcriticalより大きくされ、そしてこれは今度はその点のNFM
ドメインでの付与された磁場に平行な磁気偏りベクトルを誘導する。図4B中の
編目の領域は、誘導されたまたは増強された局所磁化の領域を示す。λresの照
射は、Bappliedを伴って1つのNFMドメインを1列に並べる。このドメインは磁
気情報を含む。このプロセスは、光に近い速度で起こる。このプロセスは、付与
された磁場を反転することによって可逆である。図4では、付与された磁場は任
意の角度で適用され得る。同様に、光ビームは、PMに対して任意の角度であてら
れ得る。
磁気情報は複合体の表面から反射される光源の極性Kerr回転をモニターするこ
とによってアクセスされ得る。好ましくは、光源はλresではない。あるいは、
λresの場合、光源は臨界強度より下である。
アナログ磁気情報の形成は、グレーおよびカラーのスケールが表面上の異なる
点で磁気ベクトルの変化によって表され得ることを除いて上述のように達成され
る。これらの変化は、光強度(グレースケール)およびμ(λres)の大きさを変え
る光の波長(カラースケール)の変化によって誘導され、それはこれら両方の変化
の関数である。これはその上、アナログ磁気画像を形成する各々の点でのNFMド
メインにおける磁化ベクトルを定める。
光磁性材料は、画像記録の分野で使用され得る。画像は、直接アナログ形式で
光磁性化合物を含浸させたテープまたは基材上に保存され得る。すなわち、画像
は現実に磁気的に保存され得る。これは、画像が直接、化学プロセスによってフ
ィルム上に1対1対応で記憶される従来の動画セルロイドフィルムプロセスに類
似している。しかしながら、この新しい技術を用いると、テープは再使用されそ
して磁気ビデオテープのように容易に編集される可能性を有する。
光コピー技術 別の応用は、新しい光コピープロセスの開発である。現在の光
コピープロセスは、静電チャージを組み合わせた光感応材料を使用し、インクを
コピー表面に導く。同じ概念のアプローチを用いて、磁場を組み合わせた光磁性
材料がインクをコピー表面に導くのに使用され得る。
電気デバイスおよびセンサー センサーは産業を通じて、遍在した様式で使用
されている。光センサーとして使用される場合、光磁性材料は光ダイオードより
万能である。光磁性材料は、光強度、磁場強度、温度および光波長に応答し得る
(米国特許番号5,501,808)。これは、通常、光強度および限定された範囲の波長
のみに応答する光ダイオードと対照的である。光磁性材料が付与された磁場を伴
う場合、それらが応答する光の波長は付与された磁場の強度と共に変化し得る。
これら材料で作られたセンサーは、特定の振動数の光に応答し得る。
現在強磁性体(ferromagnet)によっているあらゆる電子デバイスが本質的に光
磁性材料を用いることによって強化され得る。ほとんどの電子デバイスにおいて
電子速度は光速のおよそ1%であるが、一方、光シグナルは光速の90%で伝わる。
従って光シグナルに応答し得る強磁性体を用いることは、明らかに速度の利点を
提供する。光磁性材料はまた、光、磁場、および/またはその組み合わせを検出
する新しい方法を提供する。光センサーとして、それは光ダイオードよりもより
万能である。予備テストは、光磁性効果を生み出す光の振動数の閾値は、付与さ
れた磁場の強度と共に変化するらしいことを示す。従って、センサーは異なる振
動数の光に応答するよう「調整される(tuned)」ことができる。これは、異なる
材料が各々の振動数範囲に用いられる必要がある光ダイオードとは対照的である
。
光学スイッチング 光学スイッチングは、以下のように達成され得る。図5に
示されるように、付与された磁場中にPM層が配置される。λresでの光シグナ
ル(A)は、このPM層上の点に入射し、一方、第2の偏光シグナル(B)は、(A)と
同じ点から反射する。PMの誘導された磁化μ(λres)は、シグナル(B)の偏りを
引き起こし、極性Kerr回転効果によりシグナル(B)を変化させる。
最も軽い可能な電気モーターを有することを必要とする多くの製品が存在する
。例えば、電気自動車は、エネルギーおよび走行効率を節約するために、非常に
軽
量の電気モーターを有することが必要である;過剰な重量によって、電気自動車
を走行させることが非効率かつ高価になる。例えば、PMから作製されるマグネ
ットを有する電気モーターにより駆動される車は、より効率的であり、かつより
長距離を運行することができる。
別の例は、携帯オーディオおよびビデオ記録デバイスである。市場は、これら
の製品が可能な限り軽量でかつ小型であることを要求している。しかし、各デバ
イスは、機械によりビデオテープまたはオーディオテープを巻き取るための電気
モーターを有さなければならない。モーターはマグネットを含むので、これらの
デバイスにおいて最も重い部材の1つである。PMは、この重量を実質的に低減
する。
コンピュータ/データ記憶の市場における2つの主要な適用は、以下である:
(1)高速光学コンピュータおよび(2)レーザー媒介データ記憶。光学コンピ
ュータの必須部分は、いわゆる「光学チップ」であり、これは、電子シグナルの
代わりに光を用いる。
通常のフロッピーディスクは、磁気記憶を用い、約2メガバイトのデータを記
憶する。光学ディスクは、600メガバイトまでのデータを記憶し得る。従来の光
学ディスク(CD-ROMディスクなど)の欠点は、磁気ディスクとは異なり、データ
の消去および新しいデータの再記録ができないことである。従って、過去の10年
にわたって、データ記憶産業はMOディスクを開発してきた。MOディスクは、磁気
ディスクと同様に情報を磁気的に記憶するので、情報を消去および再書き込みで
きるが、光を用いて読み出しおよび書き込みができるので、光学ディスクのより
高度なデータ記憶能力を可能にする。
MOディスクは、現在、PhilipsおよびSonyにより主に製造され販売されている
。PhilipsおよびSonyはまた、このようなディスクの読み出しおよび書き込みに
必要なドライブも作製している。
PMは、MOディスクの領域における適用である。現在の磁気光学ディスクは、比
較的非効率である加熱プロセスにより作動する。記録は、ディスクの金属表面の
小さい領域を迅速に加熱する高出力書き込みレーザーにより行われ、磁化された
分子を、下にあるマグネットに沿って整列させる。再生の際には、特別にフィル
ターを通した(filtered)低出力レーザー光がこれらの分子に衝突し、光がディ
スクから跳ね返るに従って僅かに変化する。次いで、反射した光は、電子シグナ
ルに変換される。消去するためには、機械は単純にマグネット中の電流を反転さ
せ、書き込みレーザーは戻り、そして分子は別の方法で反転される(flipped)
。
PMは、光の正確な周波数の存在下で強磁性となり得、かつ、強磁性材料は続い
て磁場の強度が増加し得るので、磁気ディスク表面をPMで含浸させ得る。この結
果、書き込みレーザーが、臨界強度でビームが衝突する領域中で磁場を増加させ
、この領域(この領域のみ)が、従来の磁気光学ディスクの場合と同様に「整列
(flip)」する。しかし、このプロセスは熱を用いないので、熱転移の非効率性
(例えば、遅い速度、光影響領域の低い分解能、材料の破壊)が避けられる。読
み出しは、現在の熱に基づく技術と同様に、正確に達成される。消去は、現在の
熱に基づくシステムを用いるものよりも単純かつ効率的である。なぜなら、ディ
スクの全体が、反転磁場の存在下で加熱されるのではなく、反転磁場の存在下で
単純に光に曝露されるからである。
本発明は、1種類のみの遷移金属を有する化合物、および平面または3次元構
造のいずれかを形成する同様の配位特性を有する遷移金属の混合物を有する化合
物の使用を包含する。この化合物内の遷移金属のモル比は、広範に変化し得る。
混合の連続比(continuous ratio)が可能である。混合された遷移金属は、Iwam
otoら(上述)に記載される平面Hotmannクラスレート;Shriverら(上述)によ
り記載された「Prussian Blues」;およびSonogashiraら、J.Organomet.Chem
.160:319-327(1978)により記載されたポリ(イン)化合物に示される。本発明
の化合物は、上記のような遷移金属を配位結晶構造中に含み、その結果、金属-
炭素伸縮が、その赤外スペクトルにおける595cm-1〜655cm-1の範囲内で、ブロー
ドな指紋ピークを提供する。ニッケルを含む、本発明の結晶様化合物の水和形態
は、IRスペクトルの約625cm-1に指紋ピークを有し、そしてX線粉末回折スペク
トル中に、約7.98Åの指紋ピークを有する。
平面構造を有する結晶様化合物を形成するのに有用な遷移金属は、正方形平面
錯体を形成し得るもの(例えば、Ni(II)、Pd(II)、Pt(II)、Au(III)、Ir(I)、お
よびRh(I))である。このような遷移金属種は、90°および180°の結合角を提供
する。3次元ネットワークを有する結晶様化合物への使用に意図される遷移金属
は、炭素と八面体錯体を形成し得る。これらには、Fe(II)、Fe(III)、Co(II)、C
o(III)、Cr(III)、Mn(II)、Mn(III)、Mo(II)、Os(II)、Rh(III)、Ru(III)、およ
びIr(III)が挙げられる。これらの遷移金属は、酸化銅平面と一致する適切な結
合角を提供する。遷移金属平面または3次元ネットワークを形成する際に、遷移
金属は、配位化合物またはリガンドと反応されて、化合物の結晶構造を完成させ
る。
これらの結晶様化合物についてのユニットセルは、用いる遷移金属に依存して
、平面または3次元であり得る。このユニットセルのサイズは、用いる遷移金属
により変化する。平面結晶構造のユニットセルについての2つの軸(aおよびb
)は、4.90Å〜5.10Åの範囲内の値の積である寸法を有する。この値は、結合長
の長さの変化に起因して、遷移金属に依存して変化する。乗数Nは、代表的には
1〜1000であり、より代表的には100未満である。従って、軸aおよびbについ
ての寸法の範囲は、4.9ÅN〜5.1ÅNと表され得る。軸aおよびbは、等しい寸
法を有する必要はない。平面からの距離は、非水和化合物については3.5Å〜4.5
Åで、インターカレート化合物または水和化合物については、3.5Å〜10Åで変
化し得る。C軸は、平面間の距離のいくつかの積である。ニッケル化合物につい
ては、2つの軸aおよびbの寸法は、両方とも約10.13Å(N=2)であり、そ
して平面間の距離は、約6.75Åであり、C軸は、約13.5Åであると考えられてい
る。
3次元化合物のユニットセルは、遷移金属に依存して、4.9Å〜5.1Åの範囲内
の値の積で表される寸法を有する軸a、b、およびcを有する。乗数Nはまた、
代表的には1〜1000であり、より代表的には100未満である。従って、軸a、b、
およびcの寸法の範囲は、4.9ÅN〜5.1ÅNと表され得る。軸a、b、およびc
は、等しい寸法を有する必要はない。
1を超える遷移金属が用いられ、そして化合物が結晶である場合、ユニットセ
ルの寸法は、上記の範囲内に入ることが予測される。しかし、混合された遷移金
属の場合、化合物の構造は、定義できないユニットセルを有する遷移金属の順番
に関して、完全にランダムであり得る。
理論に束縛されることを望まないが、遷移金属は、アセチリド(C2 2-)セグメン
トと配位すると考えられる。この理論は、遷移金属結晶構造を形成するのに用い
られる出発物質から予想される生成物と一致する;X線粉末回折データおよび得
られた化合物の独特の電子的特性から推定されるような結晶様ニッケル化合物の
ユニットセルのサイズ。この理論に従って、アセチリドに結合した四配位遷移金
属についての部分的なユニットセル(対カチオンは示されず)は、以下に示す構
造を有する:
ここで、Mc(Y)は、四配位遷移金属である。アセチリドに結合した六配位遷移
金属についての部分的なユニットセル(対カチオンは示されず)の例は、以下に
示す構造を有する: 理論に束縛されることを望まないが、本発明の平面結晶金属化合物は、図6に
示すような構造(ここで、遷移金属5およびアセチレン炭素のみが示される)を
有すると考えられている。対カチオンは図6では示されておらず、平面の間に広
がっていると考えられている。図6に示すような構造を有する化合物についての
実験式はM(X)(4-Y)/XMc(Y)C4であり、ここで、Mc(Y)は遷移金属であり、Yはそ
のイオン状態であり、そしてM(X)は対カチオンであり、Xはそのイオン状態であ
る。M(X)は代表的にはアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属である
か、あるいは第四級アンモニウムイオン(NR4 +)のような安定なカチオンであり、
ここで、RはHまたは任意の有機部分である。このような構造は、化合物の重要
な部分に、非局在化π電子系(delocalized pi system)を提供する。式M(X)(4- Y)/X
Mc(Y)C4nの平面化合物(ここで、n=1〜6である)もまた、非局在化π電子系を
提供する。このような化合物において、1を超えるアセチレン基が金属原子の間
に結合される。
三次元結晶構造を有する本発明の結晶化合物において、配位化合物またはリガ
ンドが平面間に延びる。理論に束縛されることを望まないが、配位化合物または
リガンドがアセチリド(C2 2-)である場合、三次元結晶ネットワークは、図7に
示される構造を有すると考えられる。このような結晶化合物についての実験式は
、M(X)(6-Y)/XMc(Y)C6であり、ここで、Mc(Y)は遷移金属であり、Yはそのイオ
ン状態であり、そしてM(X)は対カチオンであり、Xはそのイオン状態である。式
M(X)(6-Y)/XMc(Y)C6nの3次元化合物(ここで、n=1〜6である)もまた、非局
在化π電子系を提供する。
図8A〜8Cに示すように、平面構造は、重なり、ねじれ、および集中(cent
ered)を包含する多くの配向を有し得る。図8Aに示される重なり形態は、平面
を重ならせ、そしてこの形態は、a=b≠cでありかつ結合角がα=β=γ=90°
であるので、四面体ユニットセルである。c軸は内部表面距離として与えられる
。このジオメトリーのタイプは、Millerら(1975)、Prog.Inorganic Chem.20
:1により開示されるような特定の遷移金属シアニドに見出される。図7Bに示さ
れるようなねじれ型は、多くの組み合わせを有し、そして重なりおよび集中以外
のいくつかの方向に平面を設置する。この順番はABAであり得、ここで、A平面
は同じ方向にあり、そしてB平面はねじれの位置にある。ねじれの特別な場合は
、図8Cに示すような集中である。この場合、c軸は内部距離の2倍である。
対カチオンが図6および7に示されるような構造であると考えられる場合、ユ
ニットセルは、その配列が各ユニットについて同じであれば、四面体結晶系のま
まである。対カチオンが、1以上のユニットを包含する繰り返しパターンを有す
る場合、結晶系は変化し得る。パターンがc軸のみに沿う場合、四面体系が維持
される。パターンがa軸またはb軸のいずれかに沿う場合、系は斜方晶系(a≠
b≠cであるが、α=β=γ=90°)である。
式7に示すような三次元ネットワークについての結晶構造を考慮する場合、対
カチオンを考慮することなく、セルユニットは立方体(a=b=cかつα=β=
γ=90°)であると通常考えられている。これは事実である。なぜなら、結合性
は3つの結晶軸に沿って同じだからである。対カチオンが考慮される場合、結晶
系は、対カチオン繰り返しパターンの方向に依存して、四面体または斜方晶系の
いずれかになり得る。
これらの提案された化合物の二量体およびオリゴマーの形態は、Takahasiら、
The Institute of Scientific and Industrial Research、第247〜251頁により
合成されてきた。本発明の化合物は、その性質において、より非局在化しており
かつ部分的にイオン性であるので、公知の非イオン性線状遷移金属アセチリドポ
リマーよりも大きな安定性を有する。本明細書中に記載された化合物(例えば、
線状遷移金属アセチリド)は、高分子量を得ることができる。しかし、本発明の
化合物は、二次元および三次元の構造を有し、多くの化合物はセラミック様であ
る。
本発明の化合物は、無水遷移金属ハライドと、アルカリ金属および/またはア
ルカリ土類金属のアセチリド(C2 2-=アセチリド)とを、不活性雰囲気下で反応
させ、続いて少なくとも300℃の温度(好ましくは、遷移金属のハライドおよび
アルカリ金属/アルカリ土類金属のハライドの共融温度)で、少なくとも3分〜
1時間以上で混合することにより製造され得る。例えば、NiCl2とCaCl2との共融
温度は、約600℃である。2つ以上の遷移金属ハライドを反応させて、混合遷移
金属を有する化合物を得ることができる。この反応から、黒色粉末(black powd
er)と白色粉末(white powder)との混合物が得られる。黒色粉末の形成は、色
変化が完結するまで、反応の進行として認識される。この方法を用いて、以下の
化学量論式を有する、ニッケルを含む本発明の結晶様組成物を調製した:
NiCl2(s)+2CaC2(s)→CaNiC4(s)+CaCl2(s)
より一般的な式は、以下の通りである:
Mc(Y)Zy+2M(X)2/xC2→M(X)(4-y)/xMc(Y)C4+YM(X)Zx
ここで、Zはハロゲンである。
この方法は好ましい。そして好ましくは、NiCl2の昇華損失を最小化するため
に、反応容積が最小化される。生成物の精製は、塩化カルシウムと未反応の塩化
ニッケルをアルコールで抽出することにより達成される。カルシウムカーバイド
もまた、アルコールとの反応により除去され得る。平面構造およびアセチリドリ
ガンドの存在は、X線粉末回折分析と一致する。
他の方法、例えば、溶媒内で、式M(X)(4-Y)/XMc(Y)(C2H)4のテトラアセチリド
錯体と、式M(X)(4-Y)/XMc(Y)Z4の遷移金属塩とを、式Cu(I)Zの銅(I)塩、AgClO3
、AlBN、またはBu3B/O2などの触媒の存在下で反応させることもまた適切である
。ここで、M(X)およびMc(Y)は上記の通りであり、Zは、好ましくはハライドまた
はカルボキシレートである。2つ以上の遷移金属ハライドおよび/または2つ以
上の遷移金属テトラアセチリド錯体を反応させて、混合遷移金属を有する化合物
を得ることができる。
三次元結晶構造を有する金属化合物を調製するためのさらなる方法は、溶媒中
で、式M(X)(6-Y)/XMc(Y)(C2H)6の遷移金属ヘキサアセチリド塩とM(X)(6-Y)/XMc(
Y)Z6の遷移金属塩とを、式Cu(I)Zの銅(I)塩(ここで、Zは、好ましくはハライド
またはカルボキシレートである)、AgClO3、AlBN、またはBu3B/O2などの触媒の
存在下で反応させることを包含する。好ましい実施態様では、遷移金属はニッケ
ルである。2つ以上の遷移金属ハライドおよび/または2つ以上の遷移金属テト
ラアセチリド錯体を反応させて、混合遷移金属を有する化合物を得ることができ
る。
テトラアセチリド錯体は、本発明の新規な方法により得られ得る。この方法で
は、以下の式に従って、アセチレンを、溶媒中で、Cu(I)Z(Z=ハライド)のよ
うな銅(I)塩、AgClO3、AlBN、またはBu3B/O2などの触媒存在下において、M(X)(4 -Y)/X
Mc(Y)Z4の遷移金属塩と反応させる:
M(X)(4-y)/xMc(Y)Z4+4H2C2→M(X)(4-y)/xMc(Y)(C2H)2+4HZ。
ヘキサアセチリド錯体は、同じ触媒を用いる同様の反応スキームにより得ること
ができ、この場合、アセチレンの等価物を溶媒中でM(X)(6-y)/xMc(Y)Z6と反応さ
せ
て、M(X)(4-y)/xMc(Y)(C2H)6を得る。
あるいは、テトラアセチリド錯体は、遷移金属のチオシアネートまたはシアニ
ドとアセチリドのアルカリ土類金属塩とを溶媒中で反応させることなどの従来的
な手段を用いて得ることができる。ヘキサアセチリド錯体は、同様の反応により
得ることができ、この場合、対応する遷移金属チオシアネートを、アセチリドの
アルカリ金属塩と反応させる。
これらは、遷移金属原子とアセチレン炭素とを化学的に結合させるためのいく
つかの例にすぎない。最も有用なタイプは、遷移金属錯体とアセチレンとの間の
銅塩(Cu(I)Z)触媒された反応である。この方法は、PtおよびPdについてはう
まくいくが、Niについてはうまくいかない。なぜなら、この錯体はアミン溶液と
沈澱物を形成するからである。Zの選択は、好ましくはハライドに限定されるか
、あるいはおそらく飽和カルボキシレートに限定される。最も安定な触媒は、ヨ
ウ化銅(I)である。これらの反応は、O2の非存在下で行われるべきである。なぜ
なら、酸素は、アセチリド間の酸化的カップリングを引き起こし得るからである
。
本発明の結晶様化合物において強磁特性を有する遷移金属が用いられる場合、
これらの結晶構造もまた、強磁性挙動を示す。これらは密度が低く(代表的には
、平面化合物については5g/cm3未満、そして三次元化合物については3g/cm3であ
る)、さらに、また、異常な電子的挙動を示す。
光強磁性および熱強磁特性は、ニッケルを含む化合物に存在することが見出さ
れてきた。さらに、外部から付与された磁場に対しての非線形強磁性応答が見出
された。
ニッケルを含む化合物は、塩化ニッケルとカルシウムカーバイドとを不活性雰
囲気下で加熱し、続いて実施例に記載の条件下で混合および加熱することにより
得られた。ニッケル化合物は吸湿性であり、大過剰の水と反応して、水酸化ニッ
ケル、水酸化カルシウム、およびアセチレンガスの混合物を生成する。吸湿式(
hygroscopic formula)はCaNiC4・xH2Oであり、ここで、xは2と0との間であ
ると考えられている。ニッケル化合物は、金属光沢を有する黒色であり、そして
、1mlあたり約1.34グラムのバルク密度を有する。この化合物は、ジエチルエー
テルの分解を触媒する。
強磁性は、本明細書中に記載のPMサンプルを、600nmと400nmとの間の最適な波
長を有する蛍光または日光のいずれかで照射することにより誘導または増強され
る。光は、スポットサイズを調節するために、好ましくはレーザーにより提供さ
れる。スポットサイズは、回折効果、波長、および異常散乱効果によってのみ制
限される。これらは無視することができ、かつ、容易に制御できる。強磁性は、
少なくとも約20℃(好ましくは70℃〜90℃)にサンプルを加熱することにより誘
導または増強される。より高い温度は、より強い応答を提供する。強磁化合物は
、磁場の増加に伴って増加する応答を有する外部から付与された磁場に関して、
非線形強磁性応答を示す。理論に束縛されることを望まないが、伝導バンド(co
nduction band)が臨界電子密度に到達した場合、交換相互作用は強磁性遷移を
誘導する。この臨界電子密度は、光子励起または熱励起あるいはその両方により
到達し得る。この材料のエネルギーギャップは、付与された外部磁場の関数であ
り、磁場強度が増加するに従って減少する。なぜなら、伝導電子のエネルギーが
低下するからである。この付与された外部磁場は、光子または熱エネルギーによ
る電子の励起と合わせられ得る。材料は、半導体であるかまたは半金属であるか
のいずれかである。
理論に束縛されることを望まないが、これらの化合物の構造および化学量論は
、いくつかの温度でのこれらの化合物内での超伝導転移を示すものである。混合
された遷移金属は、1つのみの遷移金属を有する化合物とは異なる電気的特性を
提供する。例えば、Fe(II)を有する化合物は、分子軌道のダイヤグラムに基づい
て半導体であることが予測され、そしてFe(III)を有する化合物が導電性である
ことが予測される。Fe(III)およびFe(II)を有する化合物は、Fe(III)の割合が増
加するにつれて、半導体から金属様導電体へと移行する。金属様化合物は、60〜
100mol%Fe(III)を有すると予測され、そして半金属は、0〜60mol%のFe(III)
を有することが予測される。
当業者は、さらなる詳細を必要とせずに、上記の記載を用いて本発明を最大限
に利用し得ると考えられる。従って、以下の好ましい組成物の好ましい特定の実
施態様は、単に例示のためのものであり、いかなる場合においても、開示の残り
を模倣するものではない。
上記および以下の実施例において、全ての温度は訂正せずに摂氏で示した。そ
して、他に示されない限り、全ての部および百分率は重量で示される。
上記および以下で引用する全ての出願、特許、および刊行物の開示の全てを、
本明細書中で参考として援用する。
実施例
固体状態(無水物)の、塩化ニッケルとカルシウムカーバイドと(モル比1:
2)を、石英反応器中で1atmにおいて保護アルゴンパージガスを用いて加熱し
た。るつぼをパージガスに開いた。電気オーブンを用いて、約970℃の温度を24
分間提供した。加熱の間に、出発物質の色の変化が観察され(2分後)、そして
続いて24分後に、色の変化が完結した。加熱の後、反応物を蒸留水/脱イオン水
を用いて1時間洗浄し、可溶塩の複生成物ならびにCaCl2およびNiCl2などの未反
応出発物質を除去し、そして過剰なCaC2もまた除去した。次いで、生成物をデシ
ケータ中で数週間の間乾燥させた。加熱後、この生成物は無水物であった。得ら
れた反応物を析出させて(plate out)、約1.8±0.5g/cm3の密度を有する光沢の
ある黒色/白色の粉末を得た。この化合物は、約70℃に加熱した場合でさえも酸
化されることなく約1年間不活性のままであった。ジエチルエーテルに添加した
場合、溶液は発泡して、材料の損失のない反応(触媒反応を示唆する)を示した
。燃焼温度は、約200℃〜300℃(緑色および白色の粉末を生じる)であることが
見出された。
IRスペクトルおよびX線回折スペクトルを用いて、無水生成物を調べた。回折
スペクトルおよびIRスペクトルにより、Ca(OH)2、CaCO3およびNi金属の存在が示
され、そして、異常なピークは、混合物中の本発明の化合物の1つに帰属された
。Ni金属は、NiCl2の分解により形成される。なぜなら、イオン性塩カーバイド
は、約700℃の温度で、遷移金属ハライドを還元することが知られているからで
ある。IR スペクトル
図10は、上記方法により製造される化合物のIRスペクトルである。3000cm-1〜
3600cm-1のブロードなバンドは、Ca(OH)2のOH伸縮およびおそらく水和水に帰属
さ
れる。1200cm-1〜1400cm-1のブロードなバンドは、CaCO3およびCa(OH)2に帰属さ
れる。2924cm-1と2875cm-1の2つのバンドは、化合物K2Pt(C2CH3)2に相当する。
しかし、このバンドはおそらく、表面上のM(X)2/xNi(C2R)4のような類似する種
に起因している。これらの化合物は、おそらく、CaC2中に存在する不純なアセチ
リドとの反応により形成される。2349cm-1でのピークはCO2である。1087cm-1(H
1)、875cm-1(H2)、および712cm-1(H3)は、CaCO3である。3600cm-1〜4000cm-1
および1600cm-1〜2000cm-1における鋸の歯状の(jagged)バンドは、遊離水(
12)である。2500cm-1(G)および1000cm-1(J)におけるピークはこのとき帰
属されなかった。1625cm-1(E)におけるブロードなピークは、水和水に帰属さ
れる。スペクトル中における水和水の存在は、この未知の物質が吸湿性であるこ
とを示し得る。なぜなら、Ca(OH)2およびCaCO3は水和物を形成しないからである
。625cm-1におけるバンドは、Ni-C伸縮であると考えられる。遊離分子中のニッ
ケルアセチレン性炭素伸縮のおよその位置は、585cm-1である。従って、この黒
色粉末は、遊離分子を含まない。X線回折
X線粉末回折パターンを記録し、そして元素分析もまた行った。粉末回折ファ
イルサーチを元素分析を用いて制限することにより、Ni金属、水酸化カルシウム
、およびCaCO3の同定が可能になった。強度線が、本発明の化合物を規定し続け
た。このことは、7.98Åの低い強度線を示した。元素分析により、Ca、Ni、少量
のClおよびMg、そしていくらかのSi、Al、およびSの存在が示された。このスペ
クトルを、元素分析用に装備した電子顕微鏡上で記録した。しかし、この手順で
は、炭素を同定することは不可能であった。
図9は、テトラカーバイドの構造を示すものである。遷移金属5、アセチレン
炭素15、およびカチオンは示されるが、水分子は示されていない。形成した化合
物から調べたX線回折粉末パターンから、a=b=10.13Å,c=13.25Åである四
面体ユニットセルが示された。a軸およびb軸の寸法は、ニッケルアセチリドの
結合長および結合角の実験データと一致する。
この化合物は、蛍光または日光に曝露したとき誘導または増強される強磁特性
を有する強磁性であることが見出された。強磁性は視覚的に示された。この化合
物はまた、1〜3時間照射した後に次第に崩壊を示す強磁特性を有することもま
た見出された。
この化合物はまた、熱磁性でもある。この化合物を約70℃〜80℃に加熱するこ
とにより、磁気特性が誘導または増強される。熱磁性は、20℃以上の温度で見出
される。
この化合物を磁場に曝露することにより、光および熱に応答する強磁性挙動が
増強された。高磁場強度に曝露することにより、白色光で強磁性を誘導すること
が可能になる。これらの条件下で誘導される強磁性は、蛍光下での強磁性を示す
ために用いられた同じ試験マグネットを用いて示される。理論に束縛されること
を望まないが、高磁場強度は、バンドギャップを低減し、このような周波数で所
望の応答を提供することを可能にする。
この化合物は、強い金属光沢を有する黒色物質である。これは、鉄と同じオー
ダーの強さの強磁性であるが、密度は1.34g/cm3である。このことは、これが最
も軽い公知の強磁性物質であり、鉄のようなより知られた強磁性物質の重量の25
%未満の重量であることを意味する。
上述の実施例は、一般的または特別に記載された反応物および/または上述の
実施例で用いられた本発明の作動条件を置き換えることにより、同様の成功を伴
って繰り返され得る。
上述の記載から、当業者は、本発明の本質的な特性を容易に確認することがで
き、かつ、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の種々の変化
および改変を、本発明の種々の用途および条件に適用することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Compositions containing crystalline-like transition metal materials and methods of using the same
Reference to related application
This application is a continuation-in-part of US Patent Application No. 08 / 621,363, filed March 25, 1996.
And U.S. patent application Ser. No. 08 / 228,782 (
(Filed April 18, 1994, issued as US Patent No. 5,501,808)
Application.
Field of the invention
The present invention relates to a substance having a crystal-like structure containing a transition metal exhibiting unique electronic properties.
Related.
Background of the Invention
Magneto-optical compounds have been known for some time and they are known as magneto-optical (MO) substances.
Also called. (1970) Philips Tech. Rev. 31:33; Enz et al. (1971) J. Phys. (Paris)
Colloq: Pt. 21-703; and Verdaguer (1996) Science 272: 698. Normal magnetic characteristics
A change in gender is either an intrinsic increase or decrease in magnetization, and the compound becomes ferromagnetic.
Exists in a paramagnetic or diamagnetic state.
MO materials were used in devices to store and recover magnetic information in the late 1980s
. This material is magneto-optical, but is supplied by a laser in actual use.
It is considered that the magnetic properties of the material are affected by the thermal heating. This principle is key
The surface rises to a temperature above the Curie point. At this Curie point,
The air domain can easily align with the applied magnetic field. Kryder (1993) Annu.Rev.Mater
.Sci.23: 411. The information stored in the magnetically aligned domains is a second polarization low power
Recovered by laser. This laser produces an effect known as the polar Kerr effect.
More changed. The angle of polarization of light is rotated when reflected from a magnetically biased surface.
I do. A disadvantage of this type of MO system is that the effective area (area density) where information can be stored
But is much larger than the width of the laser beam due to heat propagation into the medium.
It will be. The speed at which magnetic properties can change is limited to the speed of sound in a substance.
Which is generally much slower than typical electronic excitation.
MO disk drive is a computer as a high capacity erasable storage
A growing technology that finds the way to. When they were introduced to the market in 1989,
The removable 5-inch disk had a storage capacity of 650 megabytes of information. MO
Disks are also extremely stable in magnetic fields. However, 5 inch discs are
It turned out to be cumbersome for personal use. " Kryder (1993). MO disk saw
Despite the drawbacks and other drawbacks, the estimated sales of $ 261 million in 1991
And realized 26% growth over the next six years.
MO drives have a few qualities that are distinguished from typical magnetic storage. MO dry
Is a hybrid between a floppy disk drive and a fixed hard disk drive.
Can be considered as The MO drive has a removable disk because the disk is removable.
Hard drive, which is like a floppy drive and can store large amounts of data
It is like. This combination provides a cost-effective way to store large amounts of data.
provide. For example, a 3 inch MO drive can hold 127 megabytes of data
You. A further advantage of MO drives is that they do not substantially pass magnetic field effects at room temperature
It is. This is an effect that neither floppy disk nor fixed hard disk can provide
It is. Briefly, the effect is that thin films whose coercivity is extremely temperature-dependent
Due to the use of In addition to all these benefits, the MO drive offers enhanced security
It is qualitative. MO disk drives have a life span of at least 10 years
Have the potential to have a lifetime, and 20 years can be expected. In addition, the anisotropy at 50 ° C
Can be expected to suffer less than a 10% drop during the 70 year annealing. These characteristics
All (high storage capacity, insensitivity to magnetic fields, and long-term stability)
Disc promote new technology.
MO disks also replace traditional hard disk drives with MO disks
There are several disadvantages that prevent this. MO drives are fixed hard disk drives.
Does not work as well as Eve. MO disk is 10-15mm of hard disk drive
It has an access time of 50-100 milliseconds per second. MO drive is also hard
Per second for 2 or 3 megabytes per second of the disk drive
It has a data rate of about one megabyte. With the fact that MO drives are still rare
These drawbacks make it difficult for MO drives to gain widespread acceptance and popularity.
Given the advantages and disadvantages of the MO disk drive described above,
Disks cannot be replaced with floppy disks or hard disks. MO Do
Lives are too expensive and rare, so they are used instead of floppy disks.
On the other hand, it is too slow to be used in place of a hard disk. Still,
MO disks have found their place in the field of data storage. MO drive
Most suitable for storing large, or infrequently used data. This
As such, the dataset can be written to the MO disc and until needed again
Can be literally placed on a shelf.
The thin film can be any film between a few Angstroms and a few microns
. Thin film deposition is a complex science and is a practically many technique. Most sediment
The process requires high vacuum as high as 10-10 Torr for some applications
I do. Many different deposition methods are available, depending on the application. Used for MO drive
Sputtering works well for the deposition of rare earth transition metal films used
It has been found that
Extensive sophistication required by vacuum technology due to stringent vacuum requirements of thin films
(Sophistication) exists. Impurities do not evaporate and do not deposit on the film
The leak must be sealed and the vacuum chamber must be clean.
Gas leaks through the chamber walls and evaporation of the chamber walls also occur at higher vacuum.
Must be taken into account.
Sputtering involves placing the target under vacuum with the substrate, and removing atoms from the target.
It is a technique that exits and collides to deposit on a substrate. Target vacuums target atoms
It collides with high-energy particles (eg, 1 KeV Ar ions) that are driven away. vacuum
When inside, atoms from the target deposit on the substrate as well as on the chamber walls. Spatter
One major advantage of tarring is the ability to deposit films with the same composition as the target.
It is ability. Other techniques do not necessarily have this advantage. Because
Atoms evaporate at different rates and the diffusion rate is higher at higher temperatures used in other technologies
It is. Thus, the target can be made with a specific composition and the correct composition
Sputtered with assurance that it will be deposited on.
The basic theory behind the background of MO drives is that materials with very temperature-sensitive magnetic properties
Use. This material must have a Curie temperature above room temperature.
The Curie temperature is the temperature at which a material changes between ferromagnetic and paramagnetic. Curie
Below temperature, the material is ferromagnetic and has a magnetic susceptibility of (about 106). this is,
It means that it is very difficult to change the magnetic field associated with the material. Kyu
Above the Lee temperature, the material is paramagnetic and has a magnetic susceptibility of (about 10-6). This
This means that the magnetic field of a substance is easily changed by the surrounding magnetic field. Ferromagnetic
This change from paramagnetic to paramagnetic is used for MO and is written using lasers and magnetic fields.
And erase.
Writing to an MO disk can be shown schematically in FIG. 1A. All domains are
Initially, it is set in the "upward" direction. Therefore, "downward"
Only the direction domain needs to be written. The process reduces the magnetic field in the downward direction
It starts by giving it to the disc. The applied magnetic field affects the film at room temperature.
Significantly lower than the magnetic field required to give, so that the film is unaffected
Remains. Next, a micron-sized diode laser is applied to the film surface.
Give a pulse. In the area where the laser pulsed, the film was heated to about 300 ° C.
Get heated. This causes the film temperature to exceed the Curie temperature (the film is
Is sufficient to raise. At this point, the laser-irradiated domain
Changes in the downward direction (ie, the direction of the applied magnetic field). pulse
When stopped, the film cools and freezes with downward magnetization. Downward domain is
, Can be used to represent one in binary memory, while the upward domain
May be used to represent 0. In fact, the two domains are each bit
Is necessary for The second domain is always 0 and 1 is recognized without ambiguity
As used for comparison.
Overwriting information on currently available MO drives is a two-step process
You. First, old information is deleted. This sets the magnetic field in the upward direction, and
This is done by continuously scanning the laser as the disk rotates.
The magnetic field is then set downward and the laser is pulsed as described above.
To write new information. Therefore, two paths overwrite information
It is necessary to This inherent incompetence slows down the MO drive and
The main drawback. However, a single pass overwrite where the magnetic field is modulated at the data rate is required.
Is required. In addition, the magnetic head ensures that the domain being cooled is not affected
In addition, it must be small and very close to the recording film. This
The major advantage of MO drives, the large space between head and media, is eliminated.
Reading magneto-optical media also uses a laser in the drive,
Reduced strength so that no heating occurs. The magnetic field can be read by a magnetic head
However, this requires a very small head very close to the media. The above
As such, such a setting eliminates a significant advantage of MO drives. Figure 1B shows the data
FIG. 4 shows a schematic diagram of a method in which data is read from a magneto-optical disk. Diode laser
The laser emits a reduced beam through the polarizer and is focused on the disk.
Depolarization surface depends on the magnetization of the domain that reflects the beam due to the polar Kerr MO effect
And rotate a small angle ± (K). The reflected light is then split by a beam splitter.
And sent through a second planar polarizer called an analyzer.
The analyzer then determines that the beam reflected by the upward magnetization is completely canceled.
It can be arranged to be. This causes no signal to be detected by the photodetector
In this case, 0 could be recorded. The beam reflected from the downward magnetization is then less
At least in part, it passes through the analyzer and is detected by a photodetector. Next
Thus, 1 could be recorded. Therefore, the binary pattern on the MO disk
Are read out by the polar Kerr magneto-optic effect.
In an attempt to fit more data to the disc, shortwave media is being studied.
Is being studied. Of a laser that emits light at 400nm used instead of the 800nm standard
Development is a relatively simple task. Keep the required magnetic field in such a small domain.
It is difficult to find substances to carry. The most promising substances in research
Although it is kuroishi, there is still a problem to be solved.
Garnet has many attractive properties that make it promising for future MO applications.
I do. Their MO effect is small around the 800nm range, but the effect increases around 400nm
.
Garnet is also very stable against corrosion and long-term annealing. It
Are resistant to annealing even at temperatures of hundreds of degrees Celsius. With these characteristics
Rather, garnet is a very attractive choice for short wavelength media.
Unfortunately, garnet has two major problems that have not yet been solved. Zaza
Substrates must also be resistant because garnet is resistant to annealing at high temperatures.
I have to. Because garnet must be deposited even at high temperatures
It is. This eliminates the plastic substrate used in current MO disks.
Most substrates (except glass) are too expensive for low cost storage media. Low
Due to cost and high resistance to temperature and corrosion, the glass must be at least
For a minute, garnet can be very good as the only substrate that can be used. Pomegranate
Another major problem with stones is that they have a poor signal-to-noise ratio
. Garnet tends to have a particle size of about 400 nm, which leads to
Wall with particle boundaries. This allows for large fluctuations in domain size and
Noise occurs. Some studies show that particle sizes can be as low as 30 nm
You. This shows that the domain wall problem with particle boundaries can be resolved soon.
You.
A recent conclusion is that MO disk drives find themselves in large numbers of storage locations.
It is a long-lasting technology. Their large storage capacity and relatively slow read / write
Due to time, MO disk drives can store large amounts of data that
Most suitable. There are a number of techniques related to thin film deposition, but
There are still very few skills to be learned. MO drive by laser
Large domains that change small domains when heated above their Curie temperature
It works based on a magnetic field.
Overwriting old data requires two passes of the write head. One is
Erasing the data and writing the new data. This double path
Is one of the reasons why MO drives are slower than conventional magnetic hard disks. MO de
Reading data from disk is rotated by the magnetization of the domain being read
(Polar Kerr effect), including low intensity laser beams that are plane polarized. Future MO Dora
Eve uses a laser with a wavelength of 400 nm, probably on a glass substrate
It is expected to have rocks.
Optical switches or optical switching will be an important future for the computer industry.
Is the purpose. Islam (1993) Byte 17: 183. An optical switch is defined as one optical signal.
Is a device that allows the signal to affect the properties of the second optical signal. Go
Several types of optical switches have been developed, most of which are electro-optical.
Some switches require an external potential to function. McIntyre et al. (1990) SP
IE Proc.Ser.1378: 162. Recently, only light is needed to operate and has been proposed
Some of the most desirable optical switches in the optical computer industry have been developed
Have been. Unfortunately, these are based on photoinduced chemistry or structural changes in switch materials.
Switches are inherently slow, so their usefulness is limited. Islam (1993
And Wood et al. (1989) SPIE Proc. Ser. 1105: 154.
Optical copying is generally achieved using substances that produce an electrostatic charge when illuminated with light.
It is. Mercer (1967) "Photography and Photocopying" 3rd edition, MacDonald and
And Evans, London, pp. 29-34. The electrostatic ink is then exposed to the light that forms the image
Is assigned to the specified area. The disadvantage of this design is that most materials are
The other parts of the machine with unwanted electrostatic charges.
Movement to the minute can occur. This, in turn, affects the function of the optical copier. Present
The use of magneto-optical compounds in place of in-use electrostatic compounds has reduced this problem.
Limit. Because most materials do not respond to magnetic fields.
The development of new materials with essential parameters that affect electrical properties,
It is becoming more and more important and is beginning to encompass various scientific disciplines. Delocalization
Co-crystalline materials, including π-systems, have other properties, such as partially filled electron energy.
Energy level and certain types of electron-phonon coupling)
It is known that in some cases they exhibit interesting electronic properties. For example, Kittel, Introducti
on to Solid State Physics, 6th edition, John Wiley & Sons, Inc., New York (198
6), pages 338-340. Examples of substances having these properties include Zhu et al., Na
Nature, 355: 712-714 (1992).
Doped polyacetylene, p-dos described in MacDiarmid et al., Synth. Met., 18: 285 (1987).
Suprapolyaniline, Sulfur Nitride (SN) described in Labes et al., Chem. Rev., 79: 1 (1979),
And Haddon et al., Nature, 350: 320-322 (1991).60
Is mentioned. These materials range in parameters from semiconductors to metal-like conductors.
As can be seen, many are superconductive. For example, intercalated C60The substance is 45K
Superconducting conversion temperature (Tc).
Some copper oxide containing compounds have a T of about 125K.cFound to have a value
And this is thought to be due to the copper and oxygen planes spreading in these materials
I have. See Cava, Sci. Amer., 263: 42-49 (1990). Copper and copper
And oxygen atoms form only 90 ° and 180 ° angles of bonding. Such a knot
Can have important effects on the electronic system. Because the d and p electrons of the atom
This is because the orbits are orthogonal to each other. The performance of the copper oxide-containing compound is as follows:
There is interest in studying materials having structures and dimensions similar to surfaces.
The substance that mimics the planar structure geometrically is the Hofmann clathrate,
The best known of them is Iwamoto, Inclusion Compounds, 1: 29-42, Academi
c Ni, CN disclosed by Press, London (1984)TwoNHThreeC6H6It is. But things
Quality electronic properties are not very interesting. It is very good insulation
Negative resistance vs. temperature gradient expected for insulators
Have a distribution. There is no evidence for π delocalization in the crystal structure. Across these compounds
The delocalized π system is restricted, and [Ni (CN)Four]2-Considered to spread only over units
available. Other compounds having a structure that mimics the Cu-O plane are described by Shriver et al., Inorg.C.
hem., 4: 725-730 (1965). These compounds
Octahedrons in which the network is three-dimensional and connected by linear cyanide units
It differs in that it is composed of a transition metal. These compounds are not clathrates
And a counter ion such as an alkali metal in the lattice. Delocalization in these compounds
Localization is also restricted, and [M (X) (CN)6]-6 + XThought to spread only over units
Can be Here, X is the oxidation state of the transition metal, and is generally +2 or +3.
. π delocalization spreads further than the copper oxide plane, resulting in new electronic properties
It is desirable to provide a compound.
Summary of the Invention
It is an object of the present invention to include a magneto-optical material that increases local magnetization after being irradiated with light.
To provide a device and method of use.
Apparatus and method of use include optical computer and computer disc
Includes both read-write capacity and random access memory; lightweight motor; magnetic
Analog film, tape or substrate; digital film, tape or substrate
An optical switch; having an optical copy and a sensor.
According to the present invention, the group consisting of Ni (II), Pd (II), Pt (II), Au (III), Ir (I), Rh (I)
Preferred planar compounds containing more selected transition metals, and Fe (II), Fe (III), C
o (II), Co (III), Cr (III), Mn (II), Mn (III), Mo (II), Os (II), Rh (III), Ru (II
Use of a three-dimensional compound containing a transition metal selected from the group consisting of I) and Ir (III)
Is provided. Here, the infrared spectra of these compounds show the metal-carbon stretch
595-655cm-1It has a fingerprint peak in the range. In a preferred embodiment, the compound
Is ferromagnetic and contains nickel, iron or cobalt, 5 g / cmThreeLess than
And exhibit enhanced ferromagnetism when exposed to light or thermal energy. Nicke
A planar compound such as a compound consisting of 5 gm / cmThreeHas a density of less than Fe also
Is 3 gm / cm such as a compound containing Co.ThreeHas a density of less than
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Various other objects, features and attendant advantages of the present invention are set forth in the accompanying drawings.
When considered, it is better appreciated and at the same time better understood. In this drawing
Indicates the same or similar characteristics through several figures for reference
are doing. And in this specification, each figure is as follows.
FIG. 1 illustrates a prior art magneto-optical read / write mechanism. FIG. 1A shows an MO disk
FIG. 3 is a schematic diagram of a method used for writing. Figure 1B shows how to read MO disc
FIG. 2 is a schematic diagram of the method used.
Figure 2 shows that PM and NFM particles are uniformly blended into a tape or substrate.
FIG. 2 is a schematic view from the top of a magnetic tape or a base material.
Figure 3 shows a layer of NFM such as a floppy disk or computer disk
FIG. 3 is a schematic view of a cross section of a PM coated on a.
4A and 4B show the mechanism of operation of the storage of information in the device shown in FIG.
Is shown. In FIG. 4A, the applied magnetic field traverses the PM and NFM layers. NFM domain
Note that is randomly oriented at right angles to the applied magnetic field. Magnetism imparted
Place BcriticalNote that it is less. This is an unrecorded storage medium.
Body. In FIG. 4B, λresIs assigned to one NFM domain, and the domain
Form a region of induced magnetism (or an enhanced local magnetic field) at BlocalTo Bcritical
Raises higher and causes domain bias.
FIG. 5 is a schematic diagram of an optical switch. The polarization (P) of the optical signal (B) is
Changed by (A).
FIG. 6 shows a partial atomic structure of a planar compound for use in the present invention.
It is.
FIG. 7 shows a partial atomic structure of a 3-D compound for use in the present invention.
It is.
8A-C show possible stacking configurations of planar compounds for use in the present invention.
Is represented.
FIG. 9 shows the atomic structure of a planar compound for use in the present invention, showing cations.
It was done.
FIG. 10 is an infrared spectrum of a compound for use in the present invention.
Detailed Description of the Preferred Embodiment
"Magneto-optical material" (PM) as used herein is defined as light having a specific wavelength and intensity.
Refers to any material whose magnetic properties change when exposed.
As used herein, "resonant wavelength" (λres) Is the light that maximizes the light-induced effect
Refers to the wavelength of
As used herein, "normal ferromagnetic material"
")" (NFM) refers to any material that can be permanently magnetized.
As used herein, "optical switch" refers to a true optical computer (true opti
cal switch) and refers to one optical signal to a second
A device that can be turned into an optical signal. Such properties include phase, polarization, and
And frequencies, but are not limited thereto. Preferably, this change is easily
It can be measured.
The present invention relates to (1) lightweight ferromagnetic applications, computer and data storage, (2)
Recording technology, (3) optical copy device, (4) optical switch, (5) magnetic analog film and
And (6) including but not limited to applications including electronic devices and sensors.
Not.
Now, MO materials are incorporated by using materials with true magneto-optical properties
Further, the above-mentioned device can be improved. The area density of these materials is
Only due to the small effects of the system width, light wavelength, and light scattering on the substrate surface
Limited. This is what can now be achieved with MO systems
An effective storage area several orders of magnitude smaller can be provided. The second improvement is
The rate at which information can be stored by the material. This is because PM material is selected
In the event of a failure, it can be realized because it has a mechanism that is electronically based. By light absorption
Induced electronic excitation usually occurs on the sub-nanosecond time scale,
Causes changes in the magnetic properties of the material to be several orders of magnitude smaller than currently used compounds.
You.
The use of electrically-based magneto-optical materials to achieve optical switching has
Switches can operate on a sub-nanosecond time scale,
Can be used.
With respect to the magneto-optical effect, PM is suitable for use in optical computers. This specification
The compositions described in are most likely to be able to convert optical information into magnetic information.
This is a preferred PM because it is one of the rarely known materials. Information is optical
Although it can be transmitted, it must still be stored magnetically. Therefore, light
The computer industry has developed an interface between light-based systems and magnetic data storage systems.
Looking for a material that can act as an interface.
Furthermore, the fact that PM responds magneto-optically can be written with laser light,
Then create the possibility of a "read / write" CD that can be erased and reused
Build. Current literacy techniques are heat-based and therefore less accurate
And the disk degrades faster than the low temperature technology using the magneto-optical effect.
The lightness of PM is important because the magnet is currently used, and the weight of the device is important
It means that it is suitable for use in all devices. Made with PM
The resulting magnet is substantially less weight than a conventional magnet. Therefore, made from PM
Magnets are used in electric vehicles, airplanes and portable devices where weight is important.
Suitable for use on a computer.
Derivatives of special magneto-optical materials are ferromagnetic materials without the help of light
It can be made in a material (US Pat. No. 5,501,808). These materials are very small
It has a physical density but still has a reasonably high magnetic density. These lightweight magnets
Machines where weight is a significant factor (e.g., electric vehicles, airplanes and
Suitable for use in motors of electronic devices.
Recording technology A potential application is to respond directly to light and form a magnetic image
The development of tapes or films impregnated with photomagnetic particles. Audio
In the field of visual and visual recording, digital codes are
And thus the amount of information that can be stored on the tape increases. laser
-Beam technology is already well developed in connection with CD-ROM technology. So it
Adapting to PM-based technology will not show any major technology barriers
. Furthermore, in the field of visual recording, images are printed in analog form on PM impregnated tape.
Can be stored directly in the formula, ie the image is actually stored magnetically. This is the image
Is a conventional movie that is directly stored on the film in a one-to-one correspondence by a chemical process.
Similar to the celluloid film process. However, using PM-based technology
Tape is reused and easily edited like a magnetic videotape
Has the potential.
Magnetic information storage Recording and accessing information on magneto-optical media is as follows:
Can be achieved.
As shown in FIG. 2, PM particles (represented by X in FIG. 1)
It is associated with NFM particles (represented by O in FIG. 2). In another structure, the PM is shown in FIG.
It is coated on top of the NFM layer.
The information is placed on the material as follows.
Referring to FIG. 4A, the resulting conjugate was magnetically loaded with an NFM domain.
Critical field (BcriticalGranted less than)
Magnetic field (Bapplied). As shown in FIG. 4B, the resonance wavelength (λres)Light of
Is applied to one or all surfaces on the surface containing PM, the PM's magnetic vector increases.
Add. This is Blocal= Μ (λres) BappliedAccording to the relationship, the locally applied magnetic field (Bl ocal
) To increase the intensity. Where μ (λres) Is defined as PM light-induced magnetic permeability
Is done. BlocalIs BcriticalMade larger, and this time the NFM at that point
Induce a magnetic bias vector parallel to the applied magnetic field in the domain. In FIG. 4B
The stitch area indicates an area of induced or enhanced local magnetization. λresShine
Shooting, BappliedAnd one NFM domain is arranged in one line. This domain is magnetic
Includes energy information. This process occurs at a speed close to light. This process is
It is reversible by reversing the applied magnetic field. In FIG. 4, the applied magnetic field is arbitrary.
It can be applied at any angle. Similarly, the light beam can be oriented at any angle to PM.
Can be
Magnetic information can be used to monitor the polar Kerr rotation of the light source reflected from the surface of the complex.
And can be accessed by Preferably, the light source is λresis not. Or
λres, The light source is below the critical intensity.
The formation of analog magnetic information, gray and color scales differ on the surface
Achieved as described above, except that it can be represented by a change in the magnetic vector at a point
You. These changes are based on light intensity (gray scale) and μ (λresChange the size of)
Is induced by changes in the wavelength of light (color scale) that
Is a function of This, in addition, results in an NFM dot at each point forming an analog magnetic image.
Determine the magnetization vector in the main.
Magneto-optical materials can be used in the field of image recording. Images are directly in analog form
It can be stored on a tape or substrate impregnated with a photomagnetic compound. That is, the image
Can be stored magnetically in nature. This is because the image is directly scanned by a chemical process.
Similar to the conventional motion picture celluloid film process that is stored on the film in a one-to-one correspondence.
Similar. However, with this new technology, the tape is reused and
It can be easily edited like a magnetic videotape.
Optical copy technology Another application is the development of new optical copy processes. Present light
The copying process uses a photosensitive material with a combination of electrostatic charging and ink
Guide to copy surface. Photomagnetism combined with magnetic fields using the same conceptual approach
A material can be used to direct the ink to the copy surface.
Electrical devices and sensors Sensors are used in a ubiquitous fashion throughout the industry
Have been. When used as an optical sensor, the magneto-optical material is better than the photodiode.
It is versatile. Magneto-optical materials can respond to light intensity, magnetic field strength, temperature and light wavelength
(US Patent No. 5,501,808). This is usually due to light intensity and a limited range of wavelengths
In contrast to photodiodes that only respond to. With a magnetic field provided by a magneto-optical material
If they do, the wavelength of the light they respond to may vary with the strength of the applied magnetic field.
Sensors made of these materials can respond to specific frequencies of light.
Any electronic device that is currently based on ferromagnet is essentially light
It can be enhanced by using magnetic materials. In most electronic devices
The electron speed is about 1% of the speed of light, while the light signal travels at 90% of the speed of light.
Therefore, using a ferromagnetic material that can respond to optical signals clearly has the advantage of speed.
provide. Magneto-optical materials also detect light, magnetic fields, and / or combinations thereof
Provide a new way to do it. As an optical sensor, it is more than a photodiode
It is versatile. Preliminary tests show that the threshold of the light frequency that produces the magneto-optical effect is not
It appears to change with the strength of the applied magnetic field. Therefore, the sensors have different amplitudes.
It can be "tuned" to respond to power light. This is different
In contrast to photodiodes where the material needs to be used for each frequency range
.
Optical switching Optical switching can be achieved as follows. In FIG.
As shown, the PM layer is placed in an applied magnetic field. λresLight Signa at
(A) is incident on a point on this PM layer, while the second polarized signal (B) is (A)
Reflect from the same point. PM induced magnetization μ (λres) Reduces the bias of signal (B).
Causes the signal (B) to change due to the polar Kerr rotation effect.
There are many products that need to have the lightest possible electric motor
. For example, electric vehicles are very much used to save energy and driving efficiency.
Light
It is necessary to have a quantity of electric motors; due to excessive weight, electric vehicles
Traveling is inefficient and expensive. For example, Magneto made from PM
Cars driven by electric motors with cutouts are more efficient and more
Can operate long distances.
Another example is a portable audio and video recording device. The markets are
Products are as light and small as possible. But each device
The chair is an electrical machine for winding video or audio tapes by machine.
Must have a motor. Since the motor includes a magnet, these
One of the heaviest components in the device. PM substantially reduces this weight
I do.
The two main applications in the computer / data storage market are:
(1) High speed optical computer and (2) laser mediated data storage. Optical compilation
An essential part of the computer is the so-called "optical chip", which is
Use light instead.
Ordinary floppy disks use magnetic storage to store about 2 megabytes of data.
Remember Optical discs can store up to 600 megabytes of data. Conventional light
The disadvantages of magnetic disks (such as CD-ROM disks) are that unlike magnetic disks,
And cannot re-record new data. So the past 10 years
Over time, the data storage industry has developed MO disks. MO disk is magnetic
Information is stored magnetically like a disk, so information can be erased and rewritten.
However, since reading and writing can be performed using light,
Enables high data storage capacity.
MO discs are currently mainly manufactured and sold by Philips and Sony
. Philips and Sony also read and write such discs.
Necessary drives are also made.
PM is an application in the area of MO disks. Current magneto-optical discs
It operates by a heating process that is relatively inefficient. The recording is on the metal surface of the disc.
Performed by a high-power writing laser that quickly heats a small area and is magnetized
The molecules are aligned along the magnet below. When playing, special fill
Filtered low-power laser light strikes these molecules and the light is
It changes slightly as it bounces off the disc. The reflected light is then transmitted to an electronic signal.
Is converted to To erase, the machine simply reverses the current in the magnet.
The writing laser returns, and the molecules are otherwise flipped
.
PM can become ferromagnetic in the presence of the exact frequency of light, and ferromagnetic materials
Therefore, the surface of the magnetic disk can be impregnated with PM. This result
As a result, the writing laser increases the magnetic field in the area where the beam strikes at critical intensity.
This area (only this area) is "aligned" as in the case of the conventional magneto-optical disk.
(Flip). However, this process does not use heat, so the inefficiencies of thermal transitions
(E.g., slow speed, low resolution of the light-affected zone, material destruction) are avoided. Reading
Extrusion is achieved exactly as with current heat-based technologies. Erasing the current
It is simpler and more efficient than using a heat-based system. Because di
The entire disk is not heated in the presence of the reversing magnetic field, but is heated in the presence of the reversing magnetic field.
Simply because they are exposed to light.
The present invention relates to compounds having only one type of transition metal, and to planar or three-dimensional structures.
Having a mixture of transition metals having similar coordination properties to form any of the structures
The use of objects. The molar ratio of transition metal in this compound can vary widely.
A continuous ratio of mixing is possible. The mixed transition metal is Iwam
Planar Hotmann clathrate described by oto et al. (supra); by Shriver et al. (supra).
"Prussian Blues"; and Sonogashira et al. Organomet. Chem
. 160: 319-327 (1978). The present invention
The compound of the present invention contains a transition metal as described above in a coordination crystal structure, and as a result, the metal-
Carbon stretch is 595cm in its infrared spectrum-1~ 655cm-1Within the range of blow
Provide a fingerprint fingerprint that Hydrated form of the crystal-like compound of the present invention containing nickel
Is about 625 cm of the IR spectrum-1Has a fingerprint peak, and has an X-ray powder diffraction spectrum.
It has a fingerprint peak of about 7.98 ° in the torr.
Transition metals useful for forming crystal-like compounds having a planar structure are square planar
Those capable of forming a complex (for example, Ni (II), Pd (II), Pt (II), Au (III), Ir (I),
And Rh (I)). These transition metal species provide bond angles of 90 ° and 180 °
I do. Transition metals intended for use in crystal-like compounds with three-dimensional networks
Can form an octahedral complex with carbon. These include Fe (II), Fe (III), Co (II), C
o (III), Cr (III), Mn (II), Mn (III), Mo (II), Os (II), Rh (III), Ru (III), and
And Ir (III). These transition metals are properly bonded to the copper oxide plane.
Provide a corner. When forming a transition metal plane or three-dimensional network, the transition
The metal is reacted with a coordination compound or ligand to complete the crystal structure of the compound
You.
The unit cell for these crystal-like compounds depends on the transition metal used.
, Planar or three-dimensional. The size of this unit cell depends on the transition metal used.
It changes with. Two axes (a and b) for a unit cell with a planar crystal structure
) Has a dimension that is the product of the values in the range 4.90 ° to 5.10 °. This value is the bond length
Changes depending on the transition metal due to the change in length. The multiplier N is typically
1 to 1000, more typically less than 100. Thus, for axes a and b,
All dimension ranges can be expressed as 4.9 ° N to 5.1 ° N. Axes a and b are of equal dimensions
You do not need to have a law. Distance from plane is 3.5 、 -4.5 for non-hydrated compounds
Å For intercalating compounds or hydrated compounds, change from 3.5Å to 10Å
Can be The C-axis is the product of some of the distance between the planes. Nickel compounds
Thus, the dimensions of the two axes a and b are both about 10.13 ° (N = 2),
The distance between the planes is about 6.75 °, and the C axis is considered to be about 13.5 °.
You.
The unit cell of the three-dimensional compound is in the range of 4.9Å to 5.1Å depending on the transition metal
Have axes a, b, and c having dimensions expressed by the product of The multiplier N is also
Typically 1-1000, more typically less than 100. Thus, axes a, b,
And the size range of c can be expressed as 4.9 ° N to 5.1 ° N. Axes a, b, and c
Need not have equal dimensions.
If more than one transition metal is used and the compound is crystalline, the unit cell
It is expected that the dimensions of the tool will fall within the above ranges. But mixed transition gold
In the case of a genus, the structure of the compound is based on the order of transition metals with undefined unit cells.
Can be completely random.
Without wishing to be bound by theory, the transition metal is acetylide (CTwo 2-) Segment
Coordination with This theory is used to form transition metal crystal structures
Consistent with the expected product from the starting material obtained; X-ray powder diffraction data and
Of a crystalline nickel compound as inferred from the unique electronic properties of the
Unit cell size. According to this theory, four-coordinate transition gold bound to acetylide
Partial unit cells for the genus (counter cations not shown) have the structure shown below.
With structure:
Where Mc(Y) is a four-coordinate transition metal. Six-coordinate transition bound to acetylide
Examples of partial unit cells for metals (counter cation not shown) are given below.
Has the structure shown: Without wishing to be bound by theory, the planar crystalline metal compound of the present invention is illustrated in FIG.
A structure as shown (where only transition metal 5 and acetylene carbon are shown)
It is believed to have. The counter cation is not shown in FIG.
It is believed to be crooked. For compounds having a structure as shown in FIG.
The empirical formula is M (X)(4-Y) / XMc(Y) CFourAnd where Mc(Y) is a transition metal and Y is
And M (X) is a counter cation, and X is its ionic state.
You. M (X) is typically an alkali metal, alkaline earth metal or rare earth metal
Or a quaternary ammonium ion (NRFour +) Is a stable cation,
Where R is H or any organic moiety. This structure is important for compounds
For some parts, we provide a delocalized pi system. Formula M (X)(Four- Y) / X
Mc(Y) C4n(Where n = 1 to 6) also forms a delocalized π-electron system
provide. In such compounds, more than one acetylene group is between the metal atoms
Is combined with
In the crystalline compound of the present invention having a three-dimensional crystal structure, a coordination compound or
Extends between the planes. Without wishing to be bound by theory, it is desired that the coordination compound or
If the ligand is acetylide (CTwo 2-), The three-dimensional crystal network is shown in FIG.
It is believed to have the structure shown. The empirical formula for such a crystalline compound is
, M (X)(6-Y) / XMc(Y) C6And where Mc(Y) is a transition metal and Y is
And M (X) is a counter cation, and X is its ionic state. formula
M (X)(6-Y) / XMc(Y) C6n(Where n = 1 to 6) are also non-local
Provides a localized π-electron system.
As shown in FIGS. 8A-8C, the planar structures overlap, twist, and concentrate (centre).
ered). The overlapping configuration shown in FIG.
And this configuration has a = b ≠ c and the bond angle α = β = γ = 90 °
Therefore, it is a tetrahedral unit cell. c-axis is given as internal surface distance
. This type of geometry is described in Miller et al. (1975), Prog. Inorganic Chem. 20
: 1 is found in certain transition metal cyanides as disclosed by: Shown in FIG. 7B
Twisted molds have many combinations and are not overlapping and concentrated
Place the plane in several directions. This order may be ABA, where A-plane
Are in the same direction, and the B plane is in a twisted position. Special case of twist
8C. In this case, the c-axis is twice the internal distance.
If the counter cation is considered to be of a structure as shown in FIGS.
A knit cell is a tetrahedral crystal if its arrangement is the same for each unit.
Up to. The counter cation has a repeating pattern that includes one or more units
If so, the crystal system may change. If the pattern is only along the c-axis, the tetrahedral system is maintained
Is done. If the pattern is along either the a-axis or the b-axis, the system is orthorhombic (a ≠
b ≠ c, but α = β = γ = 90 °).
Considering the crystal structure for a three-dimensional network as shown in equation 7,
Without considering cations, the cell unit is a cube (a = b = c and α = β =
γ = 90 °). This is a fact. Because connectivity
Is the same along the three crystal axes. Crystal when counter cation is considered
The system can be tetrahedral or orthorhombic, depending on the direction of the counter cation repeat pattern.
Can be either.
Dimeric and oligomeric forms of these proposed compounds have been described by Takahasi et al.
According to The Institute of Scientific and Industrial Research, pp. 247-251
Has been synthesized. The compounds of the present invention are more delocalized in their nature.
The known non-ionic linear transition metal acetylide
It has greater stability than limers. Compounds described herein (e.g.,
Linear transition metal acetylides) can have high molecular weights. However, the present invention
Compounds have two- and three-dimensional structures, and many compounds are ceramic-like
You.
The compounds of the present invention can be used in combination with an anhydrous transition metal halide, an alkali metal and / or an alkali metal.
Acetylide of Lucari earth metal (CTwo 2-= Acetylide) under inert atmosphere
Followed by a temperature of at least 300 ° C. (preferably a halide of a transition metal and
Eutectic temperature of alkali metal / alkaline earth metal halide) for at least 3 minutes
It can be manufactured by mixing for 1 hour or more. For example, NiClTwoAnd CaClTwoEutectic with
The temperature is about 600 ° C. Mixed transition by reacting two or more transition metal halides
A compound having a metal can be obtained. From this reaction, black powder (black powd
er) and a white powder. The formation of black powder depends on the color
Until the change is completed, it is perceived as the progress of the reaction. Using this method,
A crystalline-like composition of the invention comprising nickel having the stoichiometric formula was prepared:
NiClTwo(s) + 2CaCTwo(s) → CaNiCFour(s) + CaClTwo(s)
A more general formula is:
Mc(Y) Zy+ 2M (X)2 / xCTwo→ M (X)(4-y) / xMc(Y) CFour+ YM (X) Zx
Here, Z is halogen.
This method is preferred. And preferably, NiClTwoTo minimize sublimation loss
In addition, the reaction volume is minimized. Purification of the product consists of the unreacted chloride
This is achieved by extracting nickel with alcohol. Calcium carbide
Can also be removed by reaction with alcohol. Plane structure and acetylidori
The presence of gand is consistent with X-ray powder diffraction analysis.
Other methods, for example, in a solvent, the formula M (X)(4-Y) / XMc(Y) (CTwoH)FourOf tetraacetylide
Complex and formula M (X)(4-Y) / XMc(Y) ZFourAnd a copper (I) salt of the formula Cu (I) Z, AgClOThree
, AlBN, or BuThreeB / OTwoIt is also appropriate to react in the presence of a catalyst such as
. Where M (X) and Mc(Y) is as described above, and Z is preferably a halide or
Is a carboxylate. Two or more transition metal halides and / or two or more
Compound having mixed transition metal by reacting the above transition metal tetraacetylide complex
Can be obtained.
A further method for preparing metal compounds having a three-dimensional crystal structure is
And the formula M (X)(6-Y) / XMc(Y) (CTwoH)6Transition metal hexaacetylide salts and M (X)(6-Y) / XMc(
Y) Z6With a copper (I) salt of the formula Cu (I) Z, wherein Z is preferably a halide
Or carboxylate), AgClOThree, AlBN, or BuThreeB / OTwoSuch as catalyst
Reacting in the presence. In a preferred embodiment, the transition metal is nickel
It is. Two or more transition metal halides and / or two or more transition metal tet
By reacting the raacetylide complex, a compound having a mixed transition metal can be obtained.
You.
Tetraacetylide complexes can be obtained by the novel method of the present invention. using this method
Is obtained by converting acetylene into Cu (I) Z (Z = halide) in a solvent according to the following formula:
Una copper (I) salt, AgClOThree, AlBN, or BuThreeB / OTwoIn the presence of a catalyst such as M (X)(Four -Y) / X
Mc(Y) ZFourWith the transition metal salt of
M (X)(4-y) / xMc(Y) ZFour+ 4HTwoCTwo→ M (X)(4-y) / xMc(Y) (CTwoH)Two+ 4HZ.
Hexaacetylide complex can be obtained by a similar reaction scheme using the same catalyst
In this case, the equivalent of acetylene is converted to M (X) in a solvent.(6-y) / xMc(Y) Z6Reacted with
Let
And M (X)(4-y) / xMc(Y) (CTwoH)6Get.
Alternatively, the tetraacetylide complex may be a transition metal thiocyanate or cyanide.
Conventional reaction, such as reacting acetylide with an alkaline earth metal salt of acetylide in a solvent.
It can be obtained using any means. Hexaacetylide complex is obtained by a similar reaction
Wherein the corresponding transition metal thiocyanate is converted to an acetylide
React with alkali metal salts.
These are useful for chemically bonding transition metal atoms to acetylene carbon.
These are just a few examples. The most useful type is between the transition metal complex and acetylene.
Copper salt (Cu (I) Z) catalyzed reaction. This method works for Pt and Pd.
It works, but it doesn't work for Ni. Because this complex is
This is because a precipitate is formed. Is the choice of Z preferably limited to halide
, Or possibly saturated carboxylate. The most stable catalyst is
Copper (I) iodide. These reactions areTwoShould be done in the absence of why
Because oxygen can cause oxidative coupling between acetylides
.
When a transition metal having strong magnetic properties is used in the crystal-like compound of the present invention,
These crystal structures also exhibit ferromagnetic behavior. These are of low density (typically
5g / cm for planar compoundThreeLess than, and 3 g / cm for three-dimensional compoundsThreeIn
), And also exhibit abnormal electronic behavior.
Optoferromagnetic and thermoferromagnetic properties were found to be present in nickel-containing compounds
I have been. In addition, a nonlinear ferromagnetic response to an externally applied magnetic field was found.
Was done.
Nickel-containing compounds cause nickel chloride and calcium carbide to be inert.
By heating under ambient atmosphere, followed by mixing and heating under the conditions described in the examples.
Obtained. Nickel compounds are hygroscopic and react with a large excess of water to produce nickel hydroxide.
Produces a mixture of Kel, calcium hydroxide, and acetylene gas. Moisture absorption (
hygroscopic formula) is CaNiCFour・ XHTwoO, where x is between 2 and 0
It is believed that. The nickel compound is black with a metallic luster, and
Has a bulk density of about 1.34 grams per ml. This compound is
Catalyzes the decomposition of tellurium.
Ferromagnetism allows the PM samples described herein to have an optimal wavelength between 600 nm and 400 nm.
Induced or enhanced by irradiation with either long fluorescent or sunlight
You. Light is preferably provided by a laser to adjust the spot size.
It is. Spot size is limited only by diffraction, wavelength, and extraordinary scattering effects
Limited. These can be ignored and easily controlled. Ferromagnetism is
Induced by heating the sample to at least about 20 ° C (preferably 70 ° C to 90 ° C)
Guided or augmented. Higher temperatures provide a stronger response. Ferromagnetic compounds
For an externally applied magnetic field having a response that increases with increasing magnetic field,
3 shows a nonlinear ferromagnetic response. Without wishing to be bound by theory, the conduction band (co
When the induction band reaches the critical electron density, the exchange interaction causes a ferromagnetic transition.
Induce. This critical electron density is due to photon excitation and / or thermal excitation.
Can be reached. The energy gap of this material is a function of the applied external magnetic field.
And decreases as the magnetic field strength increases. Because the energy of conduction electrons is
It is because it falls. This applied external magnetic field is generated by photons or thermal energy.
Can be combined with the excitation of the electrons. Whether the material is semiconductor or semi-metal
Is one of
Without wishing to be bound by theory, the structure and stoichiometry of these compounds is
Shows the superconducting transition in these compounds at several temperatures. mixture
Transition metals have different electrical properties than compounds with only one transition metal.
provide. For example, a compound having Fe (II) is based on a molecular orbital diagram.
Is expected to be a semiconductor and the compound with Fe (III) is conductive
It is expected that. Compounds containing Fe (III) and Fe (II) have an increased proportion of Fe (III).
As they are added, they transition from semiconductors to metal-like conductors. Metal-like compounds are 60-
It is expected to have 100 mol% Fe (III), and the metalloid is 0-60 mol% Fe (III)
Is expected to have
Those skilled in the art can, using the above description, maximize the present invention without requiring further details.
It is thought that it can be used for. Accordingly, the preferred specific compositions of the following preferred compositions
The embodiments are merely for illustration and in any case the remainder of the disclosure.
It does not mimic.
In the above and following examples, all temperatures are given in Celsius without correction. So
Thus, unless otherwise indicated, all parts and percentages are by weight.
The disclosures of all applications, patents, and publications cited above and below are
It is incorporated herein by reference.
Example
Nickel chloride and calcium carbide in solid state (anhydride) (molar ratio 1:
2) heated in a quartz reactor at 1 atm with a protective argon purge gas
Was. The crucible was opened to purge gas. Using an electric oven, raise the temperature of about 970 ° C to 24
Served for a minute. During heating, a change in the color of the starting material is observed (after 2 minutes), and
After 24 minutes, the color change was complete. After heating, remove the reactants from distilled / deionized water.
And washed with water for 1 hour.TwoAnd NiClTwoUnreasonable
Reaction material is removed and excess CaCTwoWas also removed. The product is then
Dry for several weeks in a cater. After heating, the product was anhydrous. Get
The precipitated reactant is deposited (plate out) to about 1.8 ± 0.5 g / cmThreeGlossy with a density of
A black / white powder was obtained. This compound is acidic even when heated to about 70 ° C.
It remained inactive for about one year without being converted. Added to diethyl ether
In case, the solution foamed and showed a reaction without loss of material (indicating a catalytic reaction)
. The combustion temperature can be about 200-300 ° C (produces green and white powder)
Was found.
The anhydrous product was examined using IR spectrum and X-ray diffraction spectrum. diffraction
According to the spectrum and IR spectrum, Ca (OH)Two, CaCOThreeAnd the presence of Ni metal
And the unusual peak was assigned to one of the compounds of the invention in the mixture
. Ni metal is NiClTwoFormed by the decomposition of Because ionic salt carbide
Is known to reduce transition metal halides at a temperature of about 700 ° C.
is there.IR Spectrum
FIG. 10 is an IR spectrum of the compound produced by the above method. 3000cm-1~
3600cm-1The broad band is Ca (OH)TwoOH stretching and probably attributed to water of hydration
Sa
It is. 1200cm-1~ 1400cm-1The broad band is CaCOThreeAnd Ca (OH)TwoAttributed to
It is. 2924cm-1And 2875cm-1Are two bands of compound KTwoPt (CTwoCHThree)TwoIs equivalent to
However, this band probably has M (X) on the surface2 / xNi (CTwoR)FourSimilar species like
Is attributed to These compounds are probably CaCTwoImpure aceti present in
Formed by reaction with the lid. 2349cm-1Peak at COTwoIt is. 1087cm-1(H
1), 875cm-1(H2), and 712cm-1(H3) is CaCOThreeIt is. 3600cm-1~ 4000cm-1
And 1600cm-1~ 2000cm-1The jagged band in the free water (
12). 2500cm-1(G) and 1000cm-1The peak in (J) returns at this time.
Did not belong. 1625cm-1The broad peak in (E) is attributed to water of hydration.
It is. The presence of water of hydration in the spectrum indicates that this unknown substance is hygroscopic.
Can be shown. Because Ca (OH)TwoAnd CaCOThreeDoes not form hydrates
. 625cm-1The band in is considered to be Ni-C stretch. Ni in free molecules
Approximate position of Keruacetylenic carbon stretch is 585cm-1It is. So this black
The color powder does not contain free molecules.X-ray diffraction
X-ray powder diffraction patterns were recorded and elemental analysis was also performed. Powder diffraction
By restricting IlSearch to elemental analysis, Ni metal, calcium hydroxide
, And CaCOThreeCan be identified. The intensity line continues to define the compound of the invention
Was. This indicated a low intensity line of 7.98%. Ca, Ni, small amount by elemental analysis
The presence of Cl and Mg, and some Si, Al, and S was indicated. This space
The vector was recorded on an electron microscope equipped for elemental analysis. But in this procedure
Was unable to identify carbon.
FIG. 9 shows the structure of tetracarbide. Transition metal 5, acetylene
Carbon 15, and cations are shown, but water molecules are not shown. Compound formed
From the X-ray diffraction powder pattern examined from the product, it was found that a = b = 10.13 ° and c = 13.25 °.
A facepiece unit cell is shown. The dimensions of the a-axis and b-axis are those of nickel acetylide.
Consistent with experimental data for bond length and bond angle.
This compound has strong magnetic properties that are induced or enhanced when exposed to fluorescence or sunlight
Has been found to be ferromagnetic. Ferromagnetism was shown visually. This compound
The material may also have ferromagnetic properties that gradually degrade after irradiation for 1-3 hours.
Was found.
This compound is also thermomagnetic. Heat the compound to about 70-80 ° C.
And thereby induce or enhance the magnetic properties. Thermomagnetism found at temperatures above 20 ° C
Is done.
Exposure of this compound to a magnetic field results in ferromagnetic behavior in response to light and heat.
Was strengthened. Inducing ferromagnetism with white light by exposure to high magnetic field strength
Becomes possible. Ferromagnetism induced under these conditions shows ferromagnetism under fluorescence
Shown using the same test magnet used for the test. Being bound by theory
High field strength reduces the bandgap and is not desirable at such frequencies.
Allows you to provide the desired response.
This compound is a black substance having a strong metallic luster. This is the same as iron
Ferromagnetic with a strength of dah, but with a density of 1.34 g / cmThreeIt is. This means that
Is also a known ferromagnetic substance, which is lighter and weighs 25
% By weight.
The examples described above are generally or specifically described reactants and / or
By substituting the operating conditions of the present invention used in the examples, similar success was achieved.
Can be repeated.
From the above description, those skilled in the art can easily ascertain the essential characteristics of the present invention.
And without departing from the spirit and scope of the invention.
And modifications can be applied to various uses and conditions of the invention.
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