JP2017095334A - Molecular metallic oxide cluster, molecular metallic oxide cluster crystal, molecular metallic oxide cluster crystal aggregate, molecule memory, crystal memory and molecular polarization formation method to molecular metallic oxide cluster - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分子性金属酸化物クラスター、分子性金属酸化物クラスター結晶、分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体、分子メモリ、結晶メモリ及び分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法に関する。 The present invention relates to a molecular metal oxide cluster, a molecular metal oxide cluster crystal, a molecular metal oxide cluster crystal aggregate, a molecular memory, a crystal memory, and a method for forming molecular polarization into a molecular metal oxide cluster.
近年、強磁性体や強誘電体などを用いた情報記録媒体において記録密度の更なる向上が求められている。しかし、近い将来、現状の情報記録媒体では記録密度の限界を迎えると示唆されている。 In recent years, there has been a demand for further improvement in recording density in information recording media using a ferromagnetic material or a ferroelectric material. However, it is suggested that the recording density of the current information recording medium will reach the limit in the near future.
強磁性体や強誘電体は磁気テープや強誘電体メモリー(FeRAM)等の記録媒体に使われている。これらの記録媒体では、一つの記録情報を保持するために少なくとも数十以上の結晶構造のユニットセルが必要である。このため、微細化による物理的な記録密度限界が存在し、これ以下のサイズで記録を保持することができないためである。また、記録ユニットを精密かつ再現性高く複数規則性高く配列形成することが、経済的、技術的観点から困難となってきているためである。 Ferromagnetic materials and ferroelectric materials are used in recording media such as magnetic tape and ferroelectric memory (FeRAM). These recording media require unit cells having at least several tens of crystal structures in order to hold one piece of recording information. For this reason, there is a physical recording density limit due to miniaturization, and recording cannot be held at a size smaller than this. Moreover, it is because it has become difficult from the economical and technical viewpoints to form the recording units in a precise, reproducible and highly regular arrangement.
強誘電体(Ferroelectrics)とは、外部電場がなくても電気双極子が整列しており、かつ、その方向を外部電場印加により任意の方向・大きさに制御できる物質である。強誘電体は高速での分極反転が可能であるため、強磁性体よりも広範なデバイス応用が期待されている。しかし、微小化技術が強磁性体に比べて遅れている。 Ferroelectrics are substances in which electric dipoles are aligned without an external electric field, and the direction can be controlled to an arbitrary direction and size by applying an external electric field. Ferroelectrics are capable of reversing the polarization at high speed, and thus are expected to be used in a wider range of devices than ferromagnetic materials. However, miniaturization technology is delayed compared to ferromagnetic materials.
強誘電体の一つとして、単分子誘電体がある。単分子誘電体とは、一つの分子内に誘電発現機構を有し、これにより強誘電的な性質・挙動を示す材料である。ここで、強誘電的な性質・挙動とは誘電ヒステリシス、及び自発分極の発現を指す。単分子誘電体として、一つのテルビウムイオンを包接したポリオキソメタレート(polyoxometalate:以下、POMと略記する場合がある。)分子を挙げることができる。 One of the ferroelectrics is a monomolecular dielectric. A monomolecular dielectric is a material that has a dielectric expression mechanism in one molecule and thereby exhibits ferroelectric properties and behavior. Here, the ferroelectric property / behavior means the expression of dielectric hysteresis and spontaneous polarization. As the monomolecular dielectric, a polyoxometalate (hereinafter, abbreviated as POM) molecule including one terbium ion can be given.
POMは、リング状構造を有する、分子性の金属酸化物クラスターである。その一つであるPreyssler型POMは、[Mn+:P5W30O110](15-n)-で表される。ここで、Mn+はP5W30O110分子に包接されている金属イオンである。 POM is a molecular metal oxide cluster having a ring-like structure. One of them, Preyssler type POM, is represented by [M n + : P 5 W 30 O 110 ] (15-n) − . Here, M n + is a metal ion included in the P 5 W 30 O 110 molecule.
Preyssler型POM分子は、内部に二か所のイオンの安定サイトが存在する。分子内に取り込まれたイオンは、Preyssler型POM分子内のいずれかのサイトに安定に保持される。 Preyssler-type POM molecules have two stable ion sites inside. The ions taken into the molecule are stably held at any site in the Preyssler type POM molecule.
低い温度領域では、包接されたイオンのもつ熱エネルギーGが分子内のイオン安定サイト間に形成されたポテンシャル障壁Uより小さいために、イオンはいずれか一方のサイトからもう一方のサイトに移動することができない。これにより、分極が形成され、強誘電体的な性質・挙動を示す。 In the low temperature region, since the thermal energy G of the included ions is smaller than the potential barrier U formed between the ion stable sites in the molecule, the ions move from one site to the other site. I can't. As a result, polarization is formed and exhibits ferroelectric properties and behavior.
一方、強誘電発現温度TC以上の温度にすると、包接されたイオンのもつ熱エネルギーGがポテンシャル障壁Uよりも大きくなるために、イオンはいずれか一方のサイトからもう一方のサイトに移動することができる。これにより、分極は消滅し、常誘電体となる。ここで、強誘電発現温度とは、温度上昇過程において誘電ヒステリシス及び自発分極が消失する温度を指す。 On the other hand, when the temperature is equal to or higher than the ferroelectric onset temperature T C, the thermal energy G of the included ions becomes larger than the potential barrier U, so that the ions move from one site to the other site. be able to. As a result, the polarization disappears and becomes a paraelectric material. Here, the ferroelectric onset temperature refers to a temperature at which dielectric hysteresis and spontaneous polarization disappear in the process of temperature rise.
本研究者は、長年にわたり、POMの様々な異性体を作成し、それらの物性を研究してきた。その結果、POM分子内のイオンの揺らぎに伴う特殊な物性を見出してきている。 For many years, this researcher has created various isomers of POM and studied their physical properties. As a result, special physical properties associated with ion fluctuations in the POM molecule have been found.
例えば、非特許文献1は、「Dielectric properties of Polyoxometalate with ion fluctuation」に関する。Preyssler型POM(Polyoxometalate)である[Mn+P5W30O110](15-n)-の一例であるTbP5W30O110について誘電率の温度依存性を調べ、室温において、Tbイオンが2つのサイトの間で揺らいでいることが開示されている。 For example, Non-Patent Document 1 relates to “Dielectric properties of Polyoxometalate with ion fluctuation”. The temperature dependence of the dielectric constant of TbP 5 W 30 O 110 , which is an example of [M n + P 5 W 30 O 110 ] (15-n) — , which is a Preyssler type POM (Polyoxometalate), was investigated. It is disclosed that it fluctuates between two sites.
非特許文献2は、Evaluation of a structural ion fluctuation in Preyssler-type polyoxometalate saltに関する。非特許文献1と同様の内容である。 Non-Patent Document 2 relates to Evaluation of a structural ion fluctuation in Preyssler-type polyoxometalate salt. The content is the same as in Non-Patent Document 1.
非特許文献3は、The effect of irradiation on a Preyssler-type Polyoxometalateに関する。[{Nd(H2O)x}4TbP5W30O110}]に対してX線照射による色変化について開示されている。 Non-Patent Document 3 relates to The effect of irradiation on a Preyssler-type Polyoxometalate. With respect to [{Nd (H 2 O) x } 4 TbP 5 W 30 O 110 }], a color change by X-ray irradiation is disclosed.
非特許文献4は、「Preyssler型Polyoxometalateにおける局所的イオン移動の観測」に関する。非特許文献1と同様の内容である。 Non-Patent Document 4 relates to “observation of local ion migration in Preyssler-type Polyoxometalate”. The content is the same as in Non-Patent Document 1.
非特許文献5は、「イオン移動機構を有するポリオキソメタレートK12[Tb(P5W30O110)]の開発」に関する。非特許文献1と同様の内容である。 Non-Patent Document 5 relates to “development of polyoxometalate K 12 [Tb (P 5 W 30 O 110 )] having an ion transfer mechanism”. The content is the same as in Non-Patent Document 1.
非特許文献6は、「ランタノイドイオンを内包したPreyssler型POM、K12[GdP5W30O110]の構造と磁気物性」に関する。Preyssler型POMにおいてGdを用いた系の構造と磁気物性の結果である。 Non-Patent Document 6 relates to “Structure and magnetic properties of Preyssler POM, K 12 [GdP 5 W 30 O 110 ] including lanthanoid ions”. This is the result of the structure and magnetic properties of the system using Gd in the Preyssler type POM.
非特許文献7は、「ランタノイドイオンを内包したPreyssler型POM、K12[TbP5W30O110]の構造と物性評価」に関する。Preyssler型POMにおいてTbを用いた系の構造と磁気物性の結果である。 Non-Patent Document 7 relates to “Structure and physical property evaluation of Preyssler type POM, K 12 [TbP 5 W 30 O 110 ] including lanthanoid ions”. This is the result of the structure and magnetic properties of the system using Tb in the Preyssler type POM.
非特許文献8は、「Preyssler型ポリオキソメタレート、K12[Tb(P5W30O110)]の誘電評価」に関する。非特許文献1と同様の内容である。 Non-Patent Document 8 relates to “dielectric evaluation of Preyssler type polyoxometalate, K 12 [Tb (P 5 W 30 O 110 )]”. The content is the same as in Non-Patent Document 1.
非特許文献10は、「Preyssler型ポリオキソメタレート分子内でのイオン移動の観測と物性調査」に関する。非特許文献1と同様の内容である。 Non-Patent Document 10 relates to “observation of ion migration and physical property investigation in Preyssler type polyoxometalate molecule”. The content is the same as in Non-Patent Document 1.
非特許文献11は、Tb(III)Ion Motion in Preyssler-type Polyoxometalateに関する。非特許文献1と同様の内容である。X線構造解析とIR測定から、2つのサイトの間でイオン移動しているが、急冷するといずれか一方のサイトにイオンが局在化することを確認した。非特許文献1と同様の内容である。 Non-Patent Document 11 relates to Tb (III) Ion Motion in Preyssler-type Polyoxometalate. The content is the same as in Non-Patent Document 1. From the X-ray structural analysis and IR measurement, ions migrate between the two sites, but it was confirmed that the ions were localized at one of the sites when quenched. The content is the same as in Non-Patent Document 1.
非特許文献12は、Crystal structure and magnetic properties of a doughnut-shaped POM including Gadolinium(III)に関する。POMにおいてGdを用いた系の結晶構造と磁気物性の結果である。[GdP5W30O110]12-の結晶構造が同定された。 Non-Patent Document 12 relates to Crystal structure and magnetic properties of a doughnut-shaped POM including Gadolinium (III). This is a result of the crystal structure and magnetic properties of a system using Gd in POM. The crystal structure of [GdP 5 W 30 O 110 ] 12− was identified.
非特許文献13は、Structures and Physical Properties of Novel Preyssler-Lanthanide Complexesに関する。M.Popeらの方法により、包接イオンをTbイオンに置換したK12[TbP5W30O110]を水熱合成し、X線単結晶構造とFT−IR測定から、生成物を同定した。 Non-Patent Document 13 relates to Structures and Physical Properties of Novel Preyssler-Lanthanide Complexes. M.M. By the method of Pope et al., K 12 [TbP 5 W 30 O 110 ] in which the inclusion ions were replaced with Tb ions was hydrothermally synthesized, and the product was identified from the X-ray single crystal structure and FT-IR measurement.
非特許文献14は、「ランタノイドイオンを内包したPreyssler型Polyoxometalateの構造と物性」に関する。M.Popeらの方法により、包接イオンをGd、Tb、Smのいずれかのイオンで置換した系、K12[MP5W30O110](M=Gd、Tb、Sm)を水熱合成し、X線単結晶構造分析から、生成物を同定したことが開示されている。 Non-Patent Document 14 relates to “structure and physical properties of Preyssler-type polyoxometalate containing lanthanoid ions”. M.M. According to the method of Pope et al., K 12 [MP 5 W 30 O 110 ] (M = Gd, Tb, Sm) in which inclusion ions are substituted with any one of Gd, Tb, and Sm is hydrothermally synthesized. It is disclosed that the product was identified from X-ray single crystal structure analysis.
非特許文献15は、「イオン移動機構を有するプレイスラー型polyoxometalateの物性」に関する。TbP5W30O110について、IRスペクトルの温度依存性を調べ、吸収ピークシフトが得られた。また、誘電特性の温度依存性を調べた。これらの結果から、室温において、Tbイオンが2つのサイトの間で揺らいでいることを見出したことが開示されている。 Non-Patent Document 15 relates to “physical properties of a placer type polyoxometalate having an ion transfer mechanism”. With respect to TbP 5 W 30 O 110 , the temperature dependence of the IR spectrum was examined, and an absorption peak shift was obtained. In addition, the temperature dependence of dielectric properties was investigated. From these results, it is disclosed that Tb ions are found to fluctuate between two sites at room temperature.
また、関連する他の研究者の報告には、以下のものがある。例えば、非特許文献16は、Polyoxometalates with Internal Cavities: Redox Activity, Basicity, and Cation Encapsulation in [Xn+P5W30O110](15-n)- Preyssler Complexes, with X = Na+, Ca2+, Y3+, La3+, Ce3+, and Th4+に関する。POM内の2か所の安定サイトが結晶学的に等価であることが記載されている。 Other related researcher reports include the following: For example, Non-Patent Document 16 describes Polyoxometalates with Internal Cavities: Redox Activity, Basicity, and Cation Encapsulation in [X n + P 5 W 30 O 110 ] (15-n) -Preyssler Complexes, with X = Na + , Ca 2+ , Y 3+ , La 3+ , Ce 3+ , and Th 4+ . It is described that the two stable sites in the POM are crystallographically equivalent.
非特許文献17は、「Slow Proton Exchange in Aqueous Solution. Consequences ofProtonation and Hydration within the Central Cavity of Preyssler Anion Derivatives, [M(H2O)P5W30O110]n-」に関する。ナトリウムイオンを内包したPreyssler型POMにおいて、POM分子内の一方のサイトにナトリウムイオンが、他方のサイトに水分子が存在していることについて記載されている。 Non-Patent Document 17 relates to “Slow Proton Exchange in Aqueous Solution. Consequences of Protonation and Hydration within the Central Cavity of Preyssler Anion Derivatives, [M (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] n− ”. In the Preyssler type POM encapsulating sodium ions, it is described that sodium ions are present at one site in the POM molecule and water molecules are present at the other site.
非特許文献18は、「Rigid Nonlabile Polyoxometalate Cryptates[ZP5W30O110](15-n)- That Exhibit Unprecedented Selectivity for Certain Lanthanide and Other Multivalent Cations」に関する。ランタノイドイオンを内包したPreyssler型POMの合成方法について記載されている。 Non-Patent Document 18 relates to “Rigid Nonlabile Polyoxometalate Cryptates [ZP 5 W 30 O 110 ] (15-n) —that Exhibit Unprecedented Selectivity for Certain Lanthanide and Other Multivalent Cations”. A method for synthesizing Preyssler POM encapsulating lanthanoid ions is described.
非特許文献19は、Mononuclear Lanthanide Single-Molecule Magnets Based on Polyoxometalatesに関する。POMクラスターが一つの分子で強磁性体の様な磁気ヒステリシスを示す(単一分子磁石、SMM、Single molecule magnet)ことについて記載されている。 Non-Patent Document 19 relates to Mononuclear Lanthanide Single-Molecule Magnets Based on Polyoxometalates. It is described that a POM cluster shows a magnetic hysteresis like a ferromagnet with one molecule (single molecule magnet, SMM).
さらに、特許文献1は、「色素会合体の構造変換を用いた情報記録再生方法」等に関する。会合体を形成するかしないかの単位で情報記録を行う方法、単一分子を用いた情報記録再生方法が開示されている。 Further, Patent Document 1 relates to “information recording / reproducing method using structural conversion of dye aggregate”. A method for recording information in units of whether or not to form an aggregate and a method for recording and reproducing information using a single molecule are disclosed.
特許文献2は、「微小構造装置」に関する。ポリオキソメタレートを微小構造サイトに配列し、その酸化還元により、メモリ応用する構成が開示されている。 Patent Document 2 relates to a “microstructure device”. A configuration in which polyoxometalate is arranged at a microstructure site and is applied to a memory by its redox is disclosed.
特許文献3は、「ナノ構造のデバイス」等に関する。ナノ構造を被覆するためにリガンドコーティングとしてポリオキソメタレートを用いた構成が開示されている。 Patent Document 3 relates to “nanostructured devices” and the like. An arrangement using polyoxometalate as a ligand coating to coat nanostructures is disclosed.
しかし、POM分子が単一で誘電ヒステリシスを示す結果は得られていない。さらに、情報記録、保持、読み出しをどのように行うかの知見は得られていない。 However, no result is obtained in which the POM molecule is single and exhibits dielectric hysteresis. Furthermore, knowledge of how information recording, holding, and reading are performed has not been obtained.
本発明は、分子分極が安定保持され、構造的にも安定な分子性金属酸化物クラスター、その結晶及びその凝集体を提供すること、前記分子性金属酸化物クラスターに分子分極を形成する方法、前記分子性金属酸化物クラスターを利用した分子メモリ、結晶メモリを提供することを課題とする。 The present invention provides a molecular metal oxide cluster in which molecular polarization is stably maintained and structurally stable, a crystal thereof and an aggregate thereof, a method of forming molecular polarization in the molecular metal oxide cluster, It is an object of the present invention to provide a molecular memory and a crystal memory using the molecular metal oxide cluster.
以上の事情を鑑みて、本発明者は試行錯誤することにより、(1)Tbを包接するPOMが大きな誘電ヒステリシスを示す単分子誘電体材料であること、(2)Na、H2Oを有するPOMは非誘電体材料であるが、H2Oを取り除くことにより、単分子誘電体材料にできること、(3)H2Oを取り除き、Naのみを有するPOMが、誘電ヒステリシスを示す単分子誘電体材料であること、(4)H2Oを取り除き、Naのみを有するPOMに対して、外部電場を印加することにより、分子分極を形成できることを発見して、本発明を完成した。本発明は、以下の構成を有する。 In view of the above circumstances, the present inventor has made trial and error to (1) a monomolecular dielectric material in which POM surrounding Tb exhibits a large dielectric hysteresis, and (2) having Na and H 2 O. POM is a non-dielectric material, but it can be made into a monomolecular dielectric material by removing H 2 O, and (3) a monomolecular dielectric that removes H 2 O and has only Na exhibits dielectric hysteresis. The present invention was completed by discovering that it is a material and (4) molecular polarization can be formed by removing an H 2 O and applying an external electric field to a POM having only Na. The present invention has the following configuration.
(1) 連通孔及び前記連通孔内の一方の開放端側と他方の開放端側とにそれぞれ設けられ、金属イオン及び水分子を包接可能な包接部とを有するクラスター骨格と、前記包接部の一方に包接された金属イオンと、前記包接部の他方に包接された水分子とを備え、前記金属イオンの偏りにより分子分極を有することを特徴とする分子性金属酸化物クラスター。 (1) A cluster skeleton having a communication hole and an inclusion portion provided on one open end side and the other open end side in the communication hole, each of which can include metal ions and water molecules; A molecular metal oxide comprising a metal ion included in one of the contact portions and a water molecule included in the other of the inclusion portions, and having molecular polarization due to the bias of the metal ions cluster.
(2) 前記クラスター骨格が略扁平回転楕円体状であり、前記連通孔が回転軸に沿って設けられていることを特徴とする(1)に記載の分子性金属酸化物クラスター。 (2) The molecular metal oxide cluster according to (1), wherein the cluster skeleton has a substantially flat spheroid shape, and the communication hole is provided along a rotation axis.
(3) 前記クラスター骨格が化学式P5W30O110で表されるポリオキソメタレートであることを特徴とする(2)に記載の分子性金属酸化物クラスター。 (3) The molecular metal oxide cluster according to (2), wherein the cluster skeleton is a polyoxometalate represented by the chemical formula P 5 W 30 O 110 .
(4) 前記クラスター骨格が下記化学式(1)で表され、化学式(1)においてM1がアルカリ金属、ランタノイドの群から選択されるいずれかの金属イオンであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスター。
M1,H2O−P5W30O110・・・(1)
(4) The cluster skeleton is represented by the following chemical formula (1), and in the chemical formula (1), M1 is any metal ion selected from the group of alkali metals and lanthanoids (1) to (1) The molecular metal oxide cluster according to any one of 3).
M1, H 2 O-P 5 W 30 O 110 (1)
(5) M1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンであることを特徴とする(4)に記載の分子性金属酸化物クラスター。 (5) The molecular metal oxide cluster according to (4), wherein M1 is any metal ion selected from the group consisting of Na + , Nd 3+ , Dy 3+ and Tb 3+ .
(6) (1)〜(5)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスターと、カウンターカチオンと、水分子を有することを特徴とする分子性金属酸化物クラスター結晶。 (6) A molecular metal oxide cluster crystal comprising the molecular metal oxide cluster according to any one of (1) to (5), a counter cation, and a water molecule.
(7) 前記水分子として、カウンターカチオンに配位した配位結晶水と、カウンターカチオンに配位しない非配位結晶水とを有することを特徴とする(6)に記載の分子性金属酸化物クラスター結晶。 (7) The molecular metal oxide according to (6), wherein the water molecule includes coordinated crystal water coordinated to a counter cation and non-coordinated crystal water not coordinated to a counter cation. Cluster crystal.
(8) 前記分子性金属酸化物クラスターが斜方晶結晶構造を形成していることを特徴とする(6)又は(7)に記載の分子性金属酸化物クラスター結晶。 (8) The molecular metal oxide cluster crystal according to (6) or (7), wherein the molecular metal oxide cluster forms an orthorhombic crystal structure.
(9) 前記斜方晶結晶構造の格子間に、配位結晶水で配位されたカウンターカチオンと、非配位結晶水とを有することを特徴とする(8)に記載の分子性金属酸化物クラスター錯体結晶。 (9) The molecular metal oxidation according to (8), comprising a counter cation coordinated with coordinated crystal water and non-coordinated crystal water between lattices of the orthorhombic crystal structure Cluster complex crystals.
(10) 下記化学式(2)で表され、化学式(2)においてM1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンであり、M2がNa+、K+、Ca2+、Ce4+又はNH4 +の群から選択される一又は二種以上のカチオンであり、nが1以上10以下の自然数であり、mが1以上40以下の数であることを特徴とする(6)〜(9)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスター結晶。
M2,(H2O)n[M1,H2O−P5W30O110]・mH2O・・・(2)
(10) It is represented by the following chemical formula (2), and in the chemical formula (2), M1 is any metal ion selected from the group of Na + , Nd 3+ , Dy 3+ or Tb 3+ , and M2 is Na One, two or more cations selected from the group of + , K + , Ca 2+ , Ce 4+ or NH 4 + , n is a natural number of 1 to 10 and m is 1 to 40 The molecular metal oxide cluster crystal according to any one of (6) to (9), which is a number.
M2, (H 2 O) n [M1, H 2 O-P 5 W 30 O 110] · mH 2 O ··· (2)
(11) (6)〜(10)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスター結晶が凝集されていることを特徴とする分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体。 (11) A molecular metal oxide cluster crystal aggregate, wherein the molecular metal oxide cluster crystal according to any one of (6) to (10) is aggregated.
(12) ペレットであることを特徴とする(11)に記載の分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体。 (12) The molecular metal oxide cluster crystal aggregate according to (11), which is a pellet.
(13) (1)〜(5)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスターを備え、外部電場0における分子分極の大きさと方向を記録単位とすることを特徴とする分子メモリ。 (13) A molecular memory comprising the molecular metal oxide cluster according to any one of (1) to (5), wherein the magnitude and direction of molecular polarization in an external electric field 0 are used as recording units.
(14) (6)〜(10)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスター結晶を備え、外部電場0における一定の質量当たりの分極の合計の大きさと方向を記録単位とすることを特徴とする結晶メモリ。 (14) The molecular metal oxide cluster crystal according to any one of (6) to (10) is provided, and the total magnitude and direction of polarization per mass in an external electric field 0 are used as recording units. And crystal memory.
(15) (1)〜(5)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスターを真空加熱して、分子性金属酸化物クラスターから包接水分子を外部に取り出して、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成する工程と、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターに電場を印加して、分極を形成する工程とを有することを特徴とする分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法。 (15) The molecular metal oxide cluster according to any one of (1) to (5) is heated in a vacuum, and the inclusion water molecule is taken out from the molecular metal oxide cluster to include the water molecule. A molecular metal oxide comprising: a step of forming a molecular metal oxide cluster that does not enclose, and a step of forming a polarization by applying an electric field to the molecular metal oxide cluster that does not include water molecules A method of forming molecular polarization into clusters.
(16) 真空加熱は、80℃以上140℃以下に加熱することを特徴とする(15)に記載の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法。 (16) The method for forming molecular polarization into a molecular metal oxide cluster according to (15), wherein the vacuum heating is performed at 80 ° C. or more and 140 ° C. or less.
(17) 真空加熱は、120℃以上に加熱することを特徴とする(16)に記載の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法。 (17) The method for forming molecular polarization into a molecular metal oxide cluster according to (16), wherein the vacuum heating is performed at 120 ° C. or higher.
(18) 電場を印加する際、強誘電発現温度TC付近まで昇温することを特徴とする(15)〜(17)のいずれかに記載の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法。 (18) The method of forming a molecular polarization into a molecular metal oxide cluster according to any one of (15) to (17), wherein the temperature is raised to the vicinity of the ferroelectric expression temperature T C when an electric field is applied .
本発明の分子性金属酸化物クラスターによれば、連通孔の他方の包接部に水分子が包接され、一方の包接部に電荷の偏りを生じさせる金属イオンを他方に動かすことを妨げているので、分子分極を安定保持できる。この分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことにより、外部電場を印加することにより、誘電ヒステリシスを発現することができる。分極させたのち、水蒸気ガスに曝すことにより、水分子をPOMに導入して、前記分極状態を安定保持できる。又は、降温することにより、前記分極状態を安定保持できる。これらにより、分子メモリとして利用できる。 According to the molecular metal oxide cluster of the present invention, water molecules are included in the other inclusion portion of the communication hole, and movement of metal ions that cause a bias of charge in one inclusion portion is prevented. Therefore, the molecular polarization can be stably maintained. By removing H 2 O from this molecular metal oxide cluster, dielectric hysteresis can be developed by applying an external electric field. After polarization, exposure to water vapor gas introduces water molecules into the POM, so that the polarization state can be stably maintained. Alternatively, the polarization state can be stably maintained by lowering the temperature. These can be used as a molecular memory.
本発明の分子性金属酸化物クラスター結晶によれば、カウンターカチオン及び水分子を有するので、構造的に安定な分子性金属酸化物クラスターからなる結晶を提供できる。これらにより、結晶メモリとして利用できる。 According to the molecular metal oxide cluster crystal of the present invention, since it has a counter cation and a water molecule, a crystal composed of a structurally stable molecular metal oxide cluster can be provided. Thus, it can be used as a crystal memory.
本発明の分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体によれば、構造的に安定な分子性金属酸化物クラスターからなる結晶を構成しているので、構造的に安定な凝集体を提供できる。 According to the molecular metal oxide cluster crystal aggregate of the present invention, since a crystal composed of a structurally stable molecular metal oxide cluster is formed, a structurally stable aggregate can be provided.
本発明の分子メモリによれば、分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことで、単分子誘電体にすることができる。外部電場を印加することにより、外部電場0における分子分極を安定保持できる分子メモリを提供できる。 According to the molecular memory of the present invention, a monomolecular dielectric can be obtained by removing H 2 O from the molecular metal oxide cluster. By applying an external electric field, a molecular memory capable of stably maintaining molecular polarization in the external electric field 0 can be provided.
本発明の結晶メモリによれば、結晶の分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことで、単分子誘電体にすることができる。外部電場を印加することにより、分子ごとの外部電場0における分子分極を安定保持できるので、結晶メモリを提供できる。 According to the crystal memory of the present invention, a monomolecular dielectric can be obtained by removing H 2 O from the crystalline molecular metal oxide cluster. By applying an external electric field, the molecular polarization in the external electric field 0 for each molecule can be stably maintained, so that a crystal memory can be provided.
本発明の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法によれば、非誘電体材料である、金属イオン、H2Oを有する分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことで、単分子誘電体にすることができる。外部電場を印加することにより、分子性金属酸化物クラスターに分子分極を形成できる。 According to the method of forming a molecular polarization into a molecular metal oxide cluster of the present invention, by removing H 2 O from a molecular metal oxide cluster having a metal ion and H 2 O, which is a non-dielectric material, It can be a molecular dielectric. By applying an external electric field, molecular polarization can be formed in the molecular metal oxide cluster.
(実施形態)
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター、分子性金属酸化物クラスター結晶、分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体、分子メモリ、結晶メモリ及び分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法について説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, referring to the accompanying drawings, molecular metal oxide clusters, molecular metal oxide cluster crystals, molecular metal oxide cluster crystal aggregates, molecular memory, crystal memory and molecular metal according to embodiments of the present invention A method for forming molecular polarization into an oxide cluster will be described.
<分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体>
図1は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体の一例を示す図であって、平面図(a)及びA−A’線における断面図(b)である。図1に示すように、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体10は略円盤状ペレットに成型されている。しかしにこれに限られるものではなく、板状、立方体状ペレット等でもよい。
<Molecular metal oxide cluster crystal aggregate>
FIG. 1: is a figure which shows an example of the molecular metal oxide cluster crystal aggregate of embodiment of this invention, Comprising: It is a top view (a) and sectional drawing (b) in the AA 'line. As shown in FIG. 1, the molecular metal oxide cluster crystal aggregate 10 of the embodiment of the present invention is formed into a substantially disc-shaped pellet. However, the present invention is not limited to this, and a plate shape, a cubic pellet, or the like may be used.
図2は、図1(b)のB部拡大図(a)及び図2(a)の分子性金属酸化物クラスター結晶11の拡大図(b)である。図2(a)に示すように、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体は分子性金属酸化物クラスター結晶が凝集されてなる。例えば、分子性金属酸化物クラスター結晶11が押し固められて、ペレット状に成型されてなる。 FIG. 2 is an enlarged view (b) of the B part in FIG. 1 (b) and an enlarged view (b) of the molecular metal oxide cluster crystal 11 in FIG. 2 (a). As shown in FIG. 2A, the molecular metal oxide cluster crystal aggregate of the embodiment of the present invention is formed by aggregating molecular metal oxide cluster crystals. For example, the molecular metal oxide cluster crystal 11 is pressed and formed into a pellet.
<分子性金属酸化物クラスター結晶>
図3は、図2(b)のC部拡大図であり、分子性金属酸化物クラスター結晶の結晶構造である。分子性金属酸化物クラスター結晶11は、分子性金属酸化物クラスター31と、カウンターカチオンと、水分子を有する単結晶である。前記水分子として、カウンターカチオンに配位した配位結晶水と、カウンターカチオンに配位しない非配位結晶水とを有する。
<Molecular metal oxide cluster crystals>
FIG. 3 is an enlarged view of a part C in FIG. 2B and shows a crystal structure of a molecular metal oxide cluster crystal. The molecular metal oxide cluster crystal 11 is a single crystal having a molecular metal oxide cluster 31, a counter cation, and a water molecule. The water molecules include coordinated crystal water coordinated to a counter cation and non-coordinated crystal water not coordinated to a counter cation.
分子性金属酸化物クラスター結晶11は、斜方晶結晶構造(Pnma)を形成する。前記斜方晶結晶構造の格子間に、配位結晶水で配位されたカウンターカチオンと、非配位結晶水とを有する。C部は、分子性金属酸化物クラスター結晶のc軸投影面とされている。 The molecular metal oxide cluster crystal 11 forms an orthorhombic crystal structure (Pnma). Between the lattices of the orthorhombic crystal structure, a counter cation coordinated with coordinated crystal water and non-coordinated crystal water are included. Part C is a c-axis projection plane of the molecular metal oxide cluster crystal.
図4は、図3の分子性金属酸化物クラスター結晶のb軸投影面の図である。分子性金属酸化物クラスター31の連通孔31cはb軸方向に揃って積層している。 4 is a diagram of a b-axis projection plane of the molecular metal oxide cluster crystal of FIG. The communication holes 31c of the molecular metal oxide cluster 31 are laminated in the b-axis direction.
前記カウンターカチオンがNa+、K+、Ca2+、Ce4+又はNH4 +の群から選択され一又は二種以上のカチオンであることが好ましい。これらのカウンターカチオンにより配位結晶水を安定に保持でき、分子性金属酸化物クラスター結晶11を生成後、水から取り出しても、ひび割れさせて粉々にさせることなく、大きな結晶をそのままの形状で安定保持できる。 The counter cation is preferably selected from the group of Na + , K + , Ca 2+ , Ce 4+ or NH 4 + and is one or more cations. The coordinating crystal water can be stably held by these counter cations, and even when the molecular metal oxide cluster crystal 11 is generated and taken out from the water, the large crystal can be stably maintained as it is without being cracked and shattered. Can hold.
分子性金属酸化物クラスター結晶は、先に記載の化学式(2)で表され、化学式(2)においてM1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンであり、M2がNa+、K+、Ca2+、Ce4+又はNH4 +の群から選択される一又は二種以上のカチオンであり、nが1以上10以下の自然数であり、mが1以上40以下の自然数である。 The molecular metal oxide cluster crystal is represented by the chemical formula (2) described above, and in the chemical formula (2), M1 is any one selected from the group of Na + , Nd 3+ , Dy 3+ or Tb 3+ . M2 is one or more cations selected from the group consisting of Na + , K + , Ca 2+ , Ce 4+ or NH 4 + , and n is a natural number of 1 or more and 10 or less M is a natural number of 1 or more and 40 or less.
<分子性金属酸化物クラスター>
図5は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスターの一例を示す図であって、平面図(a)及び側面図(b)である。分子性金属酸化物クラスター31は、クラスター骨格と、金属イオンM1と、水分子とを有する。
<Molecular metal oxide clusters>
FIG. 5 is a view showing an example of the molecular metal oxide cluster according to the embodiment of the present invention, and is a plan view (a) and a side view (b). The molecular metal oxide cluster 31 has a cluster skeleton, a metal ion M1, and a water molecule.
クラスター骨格は、連通孔31cを有し、連通孔31c内の一の開放端側と他の開放端側にそれぞれ金属イオン及び水分子を包接可能な包接部31c1、31c2が設けられているリン‐タングステン酸化物分子である。 The cluster skeleton has a communication hole 31c, and inclusion portions 31c1 and 31c2 capable of inclusion of metal ions and water molecules are provided on one open end side and the other open end side in the communication hole 31c, respectively. Phosphorus-tungsten oxide molecule.
分子性金属酸化物クラスター31は、連通孔31c内の包接部の一方31c1に金属イオンM1が包接され、他方31c2に水分子が包接されている。 In the molecular metal oxide cluster 31, the metal ion M1 is included in one of the inclusion portions 31c1 in the communication hole 31c, and the water molecule is included in the other 31c2.
クラスター骨格は略扁平回転楕円体状であり、連通孔31cが回転軸に沿って設けられている。これにより、斜方晶結晶構造(Pnma)を形成する結晶で、分子分極方向の選択性を高めることができる。つまり、ランダムな方向を選択することを減らし、一方向化とその逆の方向化の選択性を高めることができる。 The cluster skeleton has a substantially flat spheroid shape, and communication holes 31c are provided along the rotation axis. Thereby, it is possible to increase the selectivity of the molecular polarization direction in the crystal forming the orthorhombic crystal structure (Pnma). That is, the selection of a random direction can be reduced, and the selectivity of unidirectional and vice versa can be increased.
クラスター骨格として、ポリオキソメタレート骨格を有し、化学式P5W30O110で表されるポリオキソメタレート分子を挙げることができる。Preyssler型POMである。 As the cluster skeleton, a polyoxometalate molecule having a polyoxometalate skeleton and represented by the chemical formula P 5 W 30 O 110 can be given. Preyssler type POM.
クラスター骨格が先に記載の化学式(1)で表され、化学式(1)においてM1がアルカリ金属、ランタノイドの群から選択されるいずれかの金属イオンであることが好ましい。これにより、水分子を取り出すことにより、単分子誘電体となる分子性金属酸化物クラスターを形成でき、分子分極を形成できる。 The cluster skeleton is represented by the chemical formula (1) described above, and in the chemical formula (1), M1 is preferably any metal ion selected from the group of alkali metals and lanthanoids. Thereby, by taking out water molecules, a molecular metal oxide cluster serving as a monomolecular dielectric can be formed, and molecular polarization can be formed.
M1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンであることがより好ましい。金属イオンM1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンであることにより、水分子を取り出すことにより、単分子誘電体となる分子性金属酸化物クラスターを形成でき、分子分極を形成できるとともに、分子性金属酸化物クラスターの安定性を高めることができる。 More preferably, M1 is any metal ion selected from the group of Na + , Nd 3+ , Dy 3+ or Tb 3+ . A molecular metal that becomes a monomolecular dielectric by taking out water molecules when the metal ion M1 is any metal ion selected from the group of Na + , Nd 3+ , Dy 3+, or Tb 3+ An oxide cluster can be formed, molecular polarization can be formed, and the stability of the molecular metal oxide cluster can be enhanced.
Na+の分子性金属酸化物クラスターは、水分子を取り出すことにより、誘電ヒステリシスを示した。Tb3+の水分子を含まない分子性金属酸化物クラスターは、大きな誘電ヒステリシスを示した。Nd3+、Dy3+も又水から取り出しても容易に崩壊せず、安定な構造を維持し、イオン半径、電子特性等の点でTb3+と共通するので、同様の誘電ヒステリシスを示すと推定できるためである。 The Na + molecular metal oxide cluster exhibited dielectric hysteresis by extracting water molecules. Molecular metal oxide clusters not containing water molecules of Tb 3+ showed large dielectric hysteresis. Nd 3+ and Dy 3+ are not easily disintegrated even when taken out from water, maintain a stable structure, and share the same dielectric hysteresis with Tb 3+ in terms of ionic radius, electronic properties, etc. This is because it can be estimated.
<分子メモリ>
図6は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスターに形成された分子分極の一例を説明する図である。分子性金属酸化物クラスターは、2つの金属イオンの安定サイトを有する。この2つの安定サイト間にはエネルギー障壁Uが存在しているため、単一分子で二つの分極方向を示す状態を取り得る。いずれか一方のサイトに金属イオンが包接されると、分子性金属酸化物クラスター内の金属イオンM1の偏りにより分子分極が形成される。
<Molecular memory>
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of molecular polarization formed in the molecular metal oxide cluster according to the embodiment of the present invention. A molecular metal oxide cluster has a stable site of two metal ions. Since an energy barrier U exists between the two stable sites, a single molecule can take two polarization directions. When a metal ion is included in any one of the sites, molecular polarization is formed by the bias of the metal ion M1 in the molecular metal oxide cluster.
包接部の他方31c2に水分子が包接されているため、分子分極は安定保持される。このままの状態では金属イオンM1は他方のサイトに移動できないので、結晶の分極の大きさと方向を外部電場によって制御することができない。しかし、以下の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法により、所望の分子分極を形成でき、分子分極の合計の大きさと方向を外部電場によって制御することによって、分子メモリを形成できる。 Since water molecules are included in the other 31c2 of the inclusion part, the molecular polarization is stably maintained. In this state, since the metal ion M1 cannot move to the other site, the magnitude and direction of the polarization of the crystal cannot be controlled by the external electric field. However, a desired molecular polarization can be formed by the following molecular polarization formation method for molecular metal oxide clusters, and a molecular memory can be formed by controlling the total size and direction of the molecular polarization with an external electric field.
本発明の実施形態の分子メモリは、分子性金属酸化物クラスターからなる分子メモリであって、外部電場0における分子分極の大きさと方向を記録単位とする。 The molecular memory according to the embodiment of the present invention is a molecular memory composed of molecular metal oxide clusters, and uses the magnitude and direction of molecular polarization in an external electric field 0 as a recording unit.
<分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法>
図7は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法の一例を説明する工程図である。本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法は、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成する工程S1と、外部電場を印加する工程S2と、を有して概略構成される。
<Method of forming molecular polarization into molecular metal oxide cluster>
FIG. 7 is a process diagram illustrating an example of a method for forming molecular polarization into a molecular metal oxide cluster according to an embodiment of the present invention. The method of forming a molecular polarization into a molecular metal oxide cluster according to an embodiment of the present invention includes a step S1 of forming a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules and a step S2 of applying an external electric field. And is roughly configured.
<水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成する工程S1>
この工程では、分子性金属酸化物クラスターを真空加熱して、分子性金属酸化物クラスターから包接水分子を外部に取り出して、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成する。水分子を取り出すことにより、金属イオンを一方の包接部から他方の包接部に移動させることを可能とする。つまり、金属イオン移動可能化工程である。
<Step S1 of forming a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules>
In this step, the molecular metal oxide cluster is heated in vacuum, and the inclusion water molecules are taken out from the molecular metal oxide cluster to form a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules. By taking out water molecules, it is possible to move metal ions from one clathrate to the other clathrate. That is, it is a metal ion migration enabling process.
真空加熱で、80℃以上140℃以下に加熱することが好ましい。80℃以上に加熱することにより、分子性金属酸化物クラスターから少なくとも一部の包接水分子を外部に取り出して、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成できる。140℃超に加熱すると、分子性金属酸化物クラスターが崩壊するおそれがある。 It is preferable to heat to 80 ° C. or higher and 140 ° C. or lower by vacuum heating. By heating to 80 ° C. or higher, at least a part of the inclusion water molecules can be taken out from the molecular metal oxide cluster to form a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules. When heated to over 140 ° C., the molecular metal oxide clusters may collapse.
真空加熱で、120℃以上に加熱することがより好ましい。これにより、80℃の場合よりも多くの分子性金属酸化物クラスターから包接水分子を外部に取り出して、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成できる。 It is more preferable to heat to 120 ° C. or higher by vacuum heating. Thereby, the inclusion water molecule can be taken out from a larger number of molecular metal oxide clusters than in the case of 80 ° C., and a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules can be formed.
<電場を印加する工程S2>
この工程は、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターに外部電場を印加して、分子分極を形成する分子分極形成工程である。
<Step S2 of applying an electric field>
This step is a molecular polarization forming step in which an external electric field is applied to a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules to form molecular polarization.
図8は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスターのエネルギー構造の一例を説明する図であって、低温T<TC(a)と、高温T>TC(b)のエネルギー構造説明図である。水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターでは、内部に二ヶ所あるイオン安定サイトが結晶学的に等価である。図8(a)に示すように、一方のサイトと他方のサイトの間にエネルギー障壁Uがあるために、低温(T<TC)では、外部電場Eを印加しても金属イオンM1は容易にはサイト間を移動しない。それぞれのサイトに金属イオンがトラップされることにより、それぞれの状態で、一方向の分極Pと逆方向の分極Pが形成され、安定保持される。 FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the energy structure of the molecular metal oxide cluster according to the embodiment of the present invention, in which the energy structure of low temperature T <T C (a) and high temperature T> T C (b). It is explanatory drawing. In molecular metal oxide clusters that do not include water molecules, the two ion-stable sites inside are crystallographically equivalent. As shown in FIG. 8 (a), since there is an energy barrier U between one site and the other site, the metal ion M1 can be easily formed even when an external electric field E is applied at a low temperature (T <T C ). Does not move between sites. By trapping the metal ions at the respective sites, the polarization P in the opposite direction to the polarization P in one direction is formed and stably maintained in each state.
これにより、低温でも、大きい外部電場を印加すれば、所望の分子分極を形成できる。
しかし、図8(b)に示すように、サイト間に存在するエネルギー障壁Uを容易に越えられる温度(T>TC)に昇温すると、金属イオンのサイト間揺らぎが活発となる。この状態であれば、印加する外部電場が小さくても、所望の分子分極を容易に形成できる。
Thereby, even if it is low temperature, if a big external electric field is applied, desired molecular polarization can be formed.
However, as shown in FIG. 8B, when the temperature is raised to a temperature (T> T C ) that easily exceeds the energy barrier U existing between the sites, the inter-site fluctuation of the metal ions becomes active. In this state, the desired molecular polarization can be easily formed even if the applied external electric field is small.
外部電場は、POM分子の還元を防ぐため小さいほうが好ましい。高電圧をかけすぎると(1600V/cm以上)、POMの骨格で酸化還元反応が起きるためである。例えば、室温で所望の分子分極を形成するための外部電場は600V/cmとする。 The external electric field is preferably small in order to prevent reduction of POM molecules. This is because if a high voltage is applied too much (1600 V / cm or more), a redox reaction occurs in the POM skeleton. For example, the external electric field for forming a desired molecular polarization at room temperature is 600 V / cm.
<水分子を包接させる工程S3>
図9は、分子性金属酸化物クラスターへの分子分極固定方法の一例を説明する工程図である。図9(a)に示すように、分子分極形成後、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを水蒸気ガスに曝露して、水分子を包接させる工程を有していてもよい。水分子を包接させることにより、金属イオンの移動を不可として、分子分極を安定保持できる。
<Step S3 for inclusion of water molecules>
FIG. 9 is a process diagram illustrating an example of a method for fixing molecular polarization to a molecular metal oxide cluster. As shown in FIG. 9A, after the formation of molecular polarization, a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules may be exposed to water vapor gas to include water molecules. Inclusion of water molecules makes it impossible to move metal ions, and molecular polarization can be stably maintained.
図9(b)に示すように、分子分極形成後、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを降温させる工程と、を有していてもよい。降温させることにより、金属イオンの熱エネルギーで、エネルギー障壁Uを超えることが不可となり、分子分極を安定保持できる。 As shown in FIG. 9 (b), the step of lowering the molecular metal oxide cluster that does not include water molecules after the formation of molecular polarization may be included. By lowering the temperature, it becomes impossible to exceed the energy barrier U with the thermal energy of the metal ions, and the molecular polarization can be stably maintained.
<分子性金属酸化物クラスターからの分子分極の読出し方法>
分子性金属酸化物クラスターからの分子分極の読出し方法は、分子性金属酸化物クラスターが発する電場又は磁場のいずれか又は双方を感受するものを近づけることで、分子性金属酸化物クラスターの分子分極の大きさと方向を読出す。電場又は磁場のいずれか又は双方を感受するものとして、強誘電体、強磁性体、マルチフェロイックス、電磁コイルなどが挙げられ、これらを金属酸化物クラスターに近づけることで生じる力学的、あるいは電磁気学的な作用によって読出しを可能とする。
<How to read molecular polarization from molecular metal oxide clusters>
The molecular polarization read-out method from the molecular metal oxide cluster can be achieved by bringing the one that senses either or both of the electric field and magnetic field generated by the molecular metal oxide cluster close to each other. Read the size and direction. Examples of sensors that sense either or both of electric and magnetic fields include ferroelectrics, ferromagnets, multiferroics, electromagnetic coils, etc., and mechanical or electromagnetics generated by bringing these close to metal oxide clusters. Can be read out by a typical action.
<結晶メモリ>
図10は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスター結晶に形成された結晶分極の一例を説明する図である。金属イオンM1の偏りにより形成された分子分極(Molecular Dipole moment)からなる分子性金属酸化物クラスターが形成する斜方晶結晶構造(Pnma)を形成する結晶11は、各分子性金属酸化物クラスターにより、一方向かその逆方向かのいずれかの方向の分子分極を有する。一定の質量当たりの分極の合計の大きさと方向により、結晶の分極が形成される。結晶の分極の合計の大きさと方向を外部電場によって制御することによって、結晶メモリを形成できる。
<Crystal memory>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of crystal polarization formed in the molecular metal oxide cluster crystal according to the embodiment of the present invention. A crystal 11 forming an orthorhombic crystal structure (Pnma) formed by a molecular metal oxide cluster formed by molecular polarization (Molecular Dipole moment) formed by the bias of the metal ion M1 is formed by each molecular metal oxide cluster. , With molecular polarization in either direction, or in the opposite direction. Depending on the total magnitude and direction of polarization per constant mass, crystal polarization is formed. A crystal memory can be formed by controlling the total magnitude and direction of crystal polarization by an external electric field.
本発明の実施形態の結晶メモリは、分子性金属酸化物クラスター結晶からなる結晶メモリであって、外部電場0における一定の質量当たりの分極の合計の大きさと方向を記録単位とする。 The crystal memory according to the embodiment of the present invention is a crystal memory composed of molecular metal oxide cluster crystals, and uses the total size and direction of polarization per mass in an external electric field 0 as a recording unit.
図11は、本発明の実施形態の分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体に形成された凝集体の分極の一例を説明する図である。一定の質量当たりの分極の合計の大きさと方向により、凝集体の分極が形成される。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the polarization of the aggregate formed in the molecular metal oxide cluster crystal aggregate according to the embodiment of the present invention. Depending on the total magnitude and direction of polarization per constant mass, aggregate polarization is formed.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスターは、連通孔31cを有し、連通孔31c内の一方の開放端側と他方の開放端側にそれぞれ金属イオンM1及び水分子を包接可能な包接部31c1、31c2が設けられた分子性金属酸化物クラスターと、金属イオンM1と、水分子とからなる分子性金属酸化物クラスター31であって、連通孔31c内の包接部の一方31c1に金属イオンM1が包接され、他方31c2に水分子が包接されており、分子性金属酸化物クラスター31内の金属イオンM1の偏りにより分子分極を有する構成なので、連通孔の他方の包接部に水分子が包接され、一方の包接部に電荷の偏りを生じさせる金属イオンを他方に動かすことを妨げているので、分子分極を安定保持できる。この分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことにより、単分子誘電体にすることができる。分極させたのち、水蒸気ガスに曝すことにより、水分子をPOMに導入して、前記分極状態を安定保持できる。又は、降温することにより、前記分極状態を安定保持できる。これらにより、分子メモリとして利用できる。 The molecular metal oxide cluster according to the embodiment of the present invention has a communication hole 31c, and can include metal ions M1 and water molecules on one open end side and the other open end side in the communication hole 31c, respectively. A molecular metal oxide cluster 31 composed of a molecular metal oxide cluster provided with various inclusion portions 31c1 and 31c2, a metal ion M1, and a water molecule, and one of the inclusion portions in the communication hole 31c Since the metal ion M1 is included in 31c1 and the water molecule is included in the other 31c2, and the molecular ion is caused by the bias of the metal ion M1 in the molecular metal oxide cluster 31, the other inclusion of the communication hole is included. Since the water molecules are included in the contact portion and the movement of the metal ion causing the bias of the charge in one of the inclusion portions to the other is prevented, the molecular polarization can be stably maintained. By removing H 2 O from the molecular metal oxide cluster, a monomolecular dielectric can be obtained. After polarization, exposure to water vapor gas introduces water molecules into the POM, so that the polarization state can be stably maintained. Alternatively, the polarization state can be stably maintained by lowering the temperature. These can be used as a molecular memory.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター31は、前記分子性金属酸化物クラスターが略扁平回転楕円体状であり、連通孔31cが回転軸に沿って設けられている構成なので、結晶を形成したときに、分極の均一性を向上させることができる。 Since the molecular metal oxide cluster 31 according to an embodiment of the present invention has a configuration in which the molecular metal oxide cluster has a substantially flat spheroid shape and the communication hole 31c is provided along the rotation axis, When the is formed, the uniformity of polarization can be improved.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター31は、前記分子性金属酸化物クラスターが化学式P5W30O110で表されるポリオキソメタレートである構成なので、単結晶を形成したときに、分極の均一性を向上させることができる。 The molecular metal oxide cluster 31 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the molecular metal oxide cluster is a polyoxometalate represented by the chemical formula P 5 W 30 O 110 , and thus when a single crystal is formed. Furthermore, the uniformity of polarization can be improved.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスターは、分子性金属酸化物クラスター31が化学式(1)で表され、化学式(1)においてM1がアルカリ金属、ランタノイドの群から選択されるいずれかの金属イオンである構成なので、水分子を取り出すことにより、単分子誘電体となる分子性金属酸化物クラスターを形成でき、分子分極を形成できる。 In the molecular metal oxide cluster according to the embodiment of the present invention, the molecular metal oxide cluster 31 is represented by the chemical formula (1), and M1 is selected from the group of alkali metals and lanthanoids in the chemical formula (1). Therefore, by taking out water molecules, molecular metal oxide clusters that become monomolecular dielectrics can be formed, and molecular polarization can be formed.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター31は、M1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンである構成なので、水分子を取り出すことにより、単分子誘電体となる分子性金属酸化物クラスターを形成でき、分子分極を形成できるとともに、分子性金属酸化物クラスターの安定性を高めることができる。 Since the molecular metal oxide cluster 31 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which M1 is any metal ion selected from the group of Na + , Nd 3+ , Dy 3+, or Tb 3+ , The molecular metal oxide cluster that becomes a monomolecular dielectric can be formed by taking out, so that molecular polarization can be formed, and the stability of the molecular metal oxide cluster can be enhanced.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶11は、分子性金属酸化物クラスター31と、カウンターカチオンと、水分子を有する構成なので、構造的に安定な分子性金属酸化物クラスターからなる結晶を提供できる。これらにより、結晶メモリとして利用できる。 The molecular metal oxide cluster crystal 11 according to an embodiment of the present invention has a molecular metal oxide cluster 31, a counter cation, and a water molecule, and thus includes a structurally stable molecular metal oxide cluster. Crystals can be provided. Thus, it can be used as a crystal memory.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶11は、前記水分子として、カウンターカチオンに配位した配位結晶水と、カウンターカチオンに配位しない非配位結晶水とを有する構成なので、安定な結晶を形成できる。 The molecular metal oxide cluster crystal 11 according to the embodiment of the present invention has a configuration including coordinated crystal water coordinated to a counter cation and non-coordinated crystal water not coordinated to a counter cation as the water molecule. Stable crystals can be formed.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶11は、分子性金属酸化物クラスター31が斜方晶結晶構造を形成している構成なので、各分子の分子分極の方向をそろえることができる。 Since the molecular metal oxide cluster crystal 11 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the molecular metal oxide cluster 31 forms an orthorhombic crystal structure, the molecular polarization directions of the molecules can be aligned. .
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶11は、前記斜方晶結晶構造の格子間に、配位結晶水で配位されたカウンターカチオンと、非配位結晶水とを有する構成なので、水分子を容易には脱離させることなく、安定な構造を形成できる。 A molecular metal oxide cluster crystal 11 according to an embodiment of the present invention includes a counter cation coordinated with coordinated crystal water and non-coordinated crystal water between lattices of the orthorhombic crystal structure. Therefore, a stable structure can be formed without easily desorbing water molecules.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶11は、分子性金属酸化物クラスター結晶11が化学式(2)で表され、化学式(2)においてM1がNa+、Nd3+、Dy3+又はTb3+の群から選択されるいずれかの金属イオンであり、M2がNa+、K+、Ca2+、Ce4+又はNH4 +の群から選択される一又は二種以上のカチオンであり、nが1以上10以下の自然数であり、mが1以上40以下の自然数である構成なので、安定な構造を形成できるとともに、大きな分極を形成できる。 In the molecular metal oxide cluster crystal 11 according to the embodiment of the present invention, the molecular metal oxide cluster crystal 11 is represented by the chemical formula (2). In the chemical formula (2), M1 is Na + , Nd 3+ , Dy 3. Any one or more metal ions selected from the group of + or Tb 3+ , wherein M2 is selected from the group of Na + , K + , Ca 2+ , Ce 4+ or NH 4 + Since it is a cation, n is a natural number of 1 or more and 10 or less, and m is a natural number of 1 or more and 40 or less, a stable structure can be formed and a large polarization can be formed.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体10は、先に記載の分子性金属酸化物クラスター結晶11が凝集されている構成なので、構造的に安定な分子性金属酸化物クラスターからなる結晶からなる構成なので、構造的に安定な凝集体を提供できる。 Since the molecular metal oxide cluster crystal aggregate 10 according to the embodiment of the present invention has a configuration in which the molecular metal oxide cluster crystals 11 described above are aggregated, a structurally stable molecular metal oxide cluster is provided. Therefore, a structurally stable aggregate can be provided.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体10は、ペレットである構成なので、取り扱いが容易で、構造的に安定な凝集体を提供できる。 Since the molecular metal oxide cluster crystal aggregate 10 according to the embodiment of the present invention is a pellet, it is easy to handle and can provide a structurally stable aggregate.
本発明の実施形態である分子メモリは、分子性金属酸化物クラスター31からなる分子メモリであって、外部電場0における分極の大きさと方向を記録単位とする構成なので、分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことで、単分子誘電体にすることができ、外部電場を印加することにより、外部電場0における分子分極を安定保持できる分子メモリを提供できる。 The molecular memory according to the embodiment of the present invention is a molecular memory composed of molecular metal oxide clusters 31 and has a structure in which the magnitude and direction of polarization in the external electric field 0 are used as recording units. By removing H 2 O, a monomolecular dielectric can be formed, and by applying an external electric field, a molecular memory that can stably maintain the molecular polarization in the external electric field 0 can be provided.
本発明の実施形態である結晶メモリは、分子性金属酸化物クラスター結晶11からなる結晶メモリであって、外部電場0における一定の質量当たりの分極の合計の大きさと方向を記録単位とする構成なので、結晶の分子性金属酸化物クラスターからH2Oを取り除くことで、単分子誘電体にすることができ、外部電場を印加することにより、分子ごとの外部電場0における分子分極を安定保持できるので、結晶メモリを提供できる。 The crystal memory according to the embodiment of the present invention is a crystal memory composed of molecular metal oxide cluster crystals 11 and has a configuration in which the total magnitude and direction of polarization per unit mass in the external electric field 0 is a recording unit. By removing H 2 O from the molecular metal oxide cluster of the crystal, it can be made a monomolecular dielectric, and by applying an external electric field, the molecular polarization in the external electric field 0 for each molecule can be stably maintained. Crystal memory can be provided.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター31への分子分極形成方法は、分子性金属酸化物クラスター31を真空加熱して、分子性金属酸化物クラスター31から包接水分子を外部に取り出して、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターを形成する工程S1と、水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターに電場を印加して、分極を形成する工程S2と、を有する構成なので、非誘電体材料である、金属イオン、H2Oを有するPOMからH2Oを取り除くことで、単分子誘電体にすることができ、外部電場を印加することにより、分子性金属酸化物クラスターに分子分極を形成できる。 In the molecular polarization forming method for the molecular metal oxide cluster 31 according to the embodiment of the present invention, the molecular metal oxide cluster 31 is heated in a vacuum, and the inclusion water molecules are exposed from the molecular metal oxide cluster 31 to the outside. Step S1 of forming a molecular metal oxide cluster that does not include water molecules and applying electric field to the molecular metal oxide cluster that does not include water molecules to form polarization S2. Since it has a configuration, it can be made a monomolecular dielectric by removing H 2 O from POM having a metal ion, H 2 O, which is a non-dielectric material, and a molecular metal by applying an external electric field Molecular polarization can be formed in the oxide cluster.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター31への分子分極形成方法は、真空加熱で、80℃以上140以下に加熱する構成なので、分子性金属酸化物クラスターを崩壊させることなく、金属イオン、H2Oを有するPOMから少なくとも一部のH2Oを取り除くことができる。 Since the molecular polarization forming method for the molecular metal oxide cluster 31 according to the embodiment of the present invention is configured to heat to 80 ° C. or higher and 140 or lower by vacuum heating, the metal without breaking down the molecular metal oxide cluster. At least a portion of H 2 O can be removed from the POM with ions, H 2 O.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター31への分子分極形成方法は、真空加熱で、120℃以上に加熱する構成なので、H2Oを有するPOMから大部分のH2Oを取り除くことができる。 Molecular polarizability forming method of the molecular metal oxide clusters 31 which is an embodiment of the present invention, by vacuum heating, the structure is heated to above 120 ° C., remove most of the H 2 O from POM having of H 2 O be able to.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法は、電場を印加する際、強誘電発現温度TC付近まで昇温する構成なので、小さな外部電場でも容易に分極を形成できる。効率よく分子分極を形成できる。昇温は理論的には強誘電発現温度Tcと一致する温度でよいが、強誘電発現温度Tcを10℃程度越える温度まで昇温してもよく、10℃程度低い温度であっても十分な効果が得られる。 In the molecular polarization forming method for the molecular metal oxide cluster according to the embodiment of the present invention, when an electric field is applied, the temperature is raised to near the ferroelectric expression temperature T C , so that polarization can be easily formed even with a small external electric field. it can. Molecular polarization can be formed efficiently. The temperature rise may theoretically be the same temperature as the ferroelectric onset temperature Tc, but it may be raised to a temperature exceeding the ferroelectric onset temperature Tc by about 10 ° C., or a temperature lower by about 10 ° C. is sufficient. An effect is obtained.
本発明の実施形態である分子性金属酸化物クラスター、分子性金属酸化物クラスター結晶、分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体、分子メモリ、結晶メモリ及び分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではい。 Molecular metal oxide cluster, molecular metal oxide cluster crystal, molecular metal oxide cluster crystal aggregate, molecular memory, crystal memory and molecular polarization forming method for molecular metal oxide cluster according to embodiments of the present invention The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Specific examples of this embodiment are shown in the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
<単結晶作製>
まず、すでに報告されている方法でナトリウムイオンを内包したPreyssler型POMである[K12.5Na1.5[NaP5W30O110]・15H2O]を合成した。次に、61.0mg(0.140mmol)のCe(NO3)3・6H2Oに、H2Oを3ml加えて、第1の溶液を調製した。 次に、1.00g(0.121mmol)のK12.5Na1.5[NaP5W30O110]・15H2Oに、H2Oを12ml加えて、溶液Bを調製し、第2の溶液を60℃に加熱した。 次に、第2の溶液を第1の溶液に滴下し、第1の混合溶液を調製した。 次に、第1の混合溶液を160℃で24時間保持した。以上により、結晶粉末を得た。
Example 1
<Single crystal production>
First, [K 12.5 Na 1.5 [NaP 5 W 30 O 110 ] .15H 2 O], which is a Preyssler type POM encapsulating sodium ions, was synthesized by a method already reported. Next, 3 ml of H 2 O was added to 61.0 mg (0.140 mmol) of Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O to prepare a first solution. Next, 12 ml of H 2 O was added to 1.00 g (0.121 mmol) of K 12.5 Na 1.5 [NaP 5 W 30 O 110 ] · 15H 2 O to prepare solution B, and the second solution was added to 60 ml. Heated to ° C. Next, the 2nd solution was dripped at the 1st solution, and the 1st mixed solution was prepared. Next, the first mixed solution was held at 160 ° C. for 24 hours. Thus, a crystal powder was obtained.
図12は、得られた結晶の写真である。最長径2mmの薄黄色の透明な結晶が得られた。 FIG. 12 is a photograph of the obtained crystal. A pale yellow transparent crystal having a longest diameter of 2 mm was obtained.
<X線構造解析>
X線構造解析装置(装置名:Bruker社製SMART APEX II ULTRA diffractometer)により、構造解析を行った。この装置はTXS rotating anodeを有し、TXS rotating anodeは、Mo Kα radiation,λ=0.71073Åであり、multilayer opticsを備えたものである。データ採取は、Japan Thermal Engineering DX-CS190LD N2-gas-flow cryostatを用いて、液体窒素フロー下の173Kで行った。
<X-ray structural analysis>
Structural analysis was performed using an X-ray structural analysis device (device name: SMART APEX II ULTRA diffractometer manufactured by Bruker). This device has a TXS rotating anode, and the TXS rotating anode has Mo Kα radiation, λ = 0.71073 mm, and has multilayer optics. Data collection was performed at 173 K under liquid nitrogen flow using a Japan Thermal Engineering DX-CS190LD N 2 -gas-flow cryostat.
構造は、direct methods(SHELXL-97)とrefined by full-matrix least-squares on F2 using SHELXL-97により解析した(参考:J.Am.Chem.Soc.2015,137,4477-4486)。 The structure was analyzed by direct methods (SHELXL-97) and refined by full-matrix least-squares on F2 using SHELXL-97 (reference: J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4477-4486).
すべてのH原子は、riding modelsで改良された。乱れのない結晶構造のために、すべての非H原子は異方性について改良された。乱れのある結晶構造のために、改良の詳細がthe Supporting Information as CIFs embedding the SHELXL-97 res filesに付けられた。 All H atoms were improved with riding models. Because of the undisturbed crystal structure, all non-H atoms were improved for anisotropy. Details of the improvement were given to the Supporting Information as CIFs embedding the SHELXL-97 res files because of the disordered crystal structure.
単結晶X線構造解析により、得られた結晶はK5[{Ce(H2O)7}3[Na(H2O)−P5W30O110]・31H2O(Ce−NaPOMと表記する。)の単結晶と判明した。この単結晶は対称心がある空間群Pnmaに属しており、a=28Å、b=21Å、c=20Åであることが分かった。 According to single crystal X-ray structural analysis, the obtained crystal was obtained as K 5 [{Ce (H 2 O) 7 } 3 [Na (H 2 O) -P 5 W 30 O 110 ] · 31H 2 O (Ce-NaPOM and It was found to be a single crystal. This single crystal belongs to the space group Pnma having a symmetric center, and it was found that a = 28Å, b = 21Å, and c = 20Å.
図13〜15は、結晶構造図である。図13の結晶のb軸投影図(a)及びc軸投影図(b)である。図14は、b軸投影図の拡大図である。図15は、c軸投影図の拡大図である。水分子を一部省略している。 13 to 15 are crystal structure diagrams. It is the b-axis projection figure (a) and c-axis projection figure (b) of the crystal | crystallization of FIG. FIG. 14 is an enlarged view of the b-axis projection. FIG. 15 is an enlarged view of the c-axis projection. Some water molecules are omitted.
POM分子内にはナトリウムイオンと水分子が内部の安定サイトに占有率1でそれぞれ存在していた。そのため、イオン揺らぎが起きないと推定した。この化合物ではセリウムイオンがカウンターカチオンとして存在しており、一つのセリウムイオンには7個の結晶水が配位していた。POM分子の方向は一方向に揃っており、さらにセリウムイオンはPOM分子の末端酸素とも配位結合を形成して、POM分子間を架橋していた。同一の結晶の作製を繰り返した。これにより、nが1以上10以下の自然数であり、mが1以上40以下の自然数の結晶が、安定であることが判明した。 In the POM molecule, sodium ions and water molecules were present at an internal stable site at an occupation ratio of 1, respectively. Therefore, it was estimated that ion fluctuation does not occur. In this compound, cerium ions exist as counter cations, and seven crystallization waters coordinate with one cerium ion. The directions of the POM molecules are aligned in one direction, and the cerium ions also form a coordination bond with the terminal oxygen of the POM molecules, thereby cross-linking the POM molecules. The production of the same crystal was repeated. As a result, it was found that crystals having a natural number of 1 to 10 and a natural number of m of 1 to 40 are stable.
<真空加熱処理>
真空加熱処理は、得られた結晶を80℃、2時間真空加熱又は120℃、4時間真空加熱とした。これにより、分子内の一つのイオンサイトを占めている水分子の一部又は全部を除去した。なお、本明細書において、真空状態は10-6Torr以下に真空した状態を意味する。
<Vacuum heat treatment>
In the vacuum heat treatment, the obtained crystals were vacuum heated at 80 ° C. for 2 hours or 120 ° C. for 4 hours. Thereby, a part or all of the water molecules occupying one ion site in the molecule was removed. In the present specification, the vacuum state means a state in which the vacuum is 10 −6 Torr or less.
得られた結晶を真空状態(10-6Torr)で80℃、2時間保持した処理をしたものをCe−NaPOM(真空80℃2h処理)と表記する。また、得られた結晶を真空状態(10-6Torr)で120℃、4時間保持した処理をしたものをCe−NaPOM(真空120℃4h処理)と表記する。 A crystal obtained by treating the obtained crystal in a vacuum state (10 −6 Torr) at 80 ° C. for 2 hours is referred to as Ce-NaPOM (vacuum at 80 ° C. for 2 hours). Also, 120 ° C. The resulting crystals under vacuum (10 -6 Torr), referred to those of the process was maintained for 4 hours and Ce-NaPOM (vacuum 120 ° C. 4h treatment).
<IR(IRスペクトルの温度依存測定)>
次に、IRスペクトルの温度依存測定を行った。なお、測定サンプルは、得られた結晶そのまま(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)と表記)と、得られた結晶を真空状態(10-6Torr)で80℃、2時間保持した処理をしたもの(Ce−NaPOM(真空80℃、2h処理)と表記)を用いた。
<IR (temperature dependence measurement of IR spectrum)>
Next, temperature dependence measurement of IR spectrum was performed. In addition, the measurement sample was processed by holding the obtained crystal as it is (Ce-NaPOM (no vacuum heat treatment)) and holding the obtained crystal in a vacuum state (10 −6 Torr) at 80 ° C. for 2 hours. (Ce-NaPOM (denoted as vacuum 80 ° C., 2 h treatment)) was used.
図16は、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプルと、Ce−NaPOM(真空80℃、2h処理)サンプルのIRスペクトル測定結果である。ほとんど同一であった。 FIG. 16 shows IR spectrum measurement results of a Ce-NaPOM (no vacuum heat treatment) sample and a Ce-NaPOM (vacuum 80 ° C., 2 h treatment) sample. It was almost identical.
図17は、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプルのIRスペクトルの温度依存性を示すグラフである。室温(RT:300K)で測定してから、温度を低下させて、250K、200K、250K、200K、50K、10Kの各温度で測定を行った。各温度で、1160、1070、1020cm-1の3本の吸収ピーク位置はいずれもシフトしなかった。これらのピークはPOM分子のキャビティー内部に位置するP−Oに帰属される。つまり、室温から温度低下させても、P−O伸縮に影響せず、高温域でも、Naが安定サイト間を揺らぐことがないことが分かった。 FIG. 17 is a graph showing the temperature dependence of the IR spectrum of a Ce-NaPOM (without vacuum heat treatment) sample. After measurement at room temperature (RT: 300K), the temperature was lowered and measurement was performed at each temperature of 250K, 200K, 250K, 200K, 50K, and 10K. At each temperature, none of the three absorption peak positions of 1160, 1070, and 1020 cm −1 shifted. These peaks are attributed to PO located inside the cavity of the POM molecule. That is, it was found that even if the temperature was lowered from room temperature, the PO expansion and contraction was not affected, and Na did not fluctuate between stable sites even in a high temperature range.
なお、Tbの場合、これらのピークシフトが生じ、また、新しいピークが出現した。これは、高温域で安定サイト間を揺らいでいたテルビウムイオンが、低温域で安定サイトにゆっくりと停止したと推測できた。 In the case of Tb, these peak shifts occurred and new peaks appeared. It was speculated that terbium ions that fluctuated between stable sites in the high temperature region slowly stopped at the stable sites in the low temperature region.
<誘電率測定>
(実施例1−1−1)
図18は、誘電率測定の装置構成図である。まず、得られた結晶(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル)の粉末からペレット(厚さ75μm、面積0.84mm2)を作製した。次に、ペレットの両面に金ペーストを塗布して、電極を形成した。次に、電極に配線して、Agilent社製LCRメータ(E4980A)に接続した。次に、電圧−電流を印加して、4端子法で、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプルの誘電率を測定した。測定周波数は3kHz〜2MHzとし、印加電圧を2Vとした。
<Dielectric constant measurement>
(Example 1-1-1)
FIG. 18 is an apparatus configuration diagram for permittivity measurement. First, pellets (thickness 75 μm, area 0.84 mm 2 ) were prepared from powder of the obtained crystals (Ce—NaPOM (without vacuum heat treatment) sample). Next, a gold paste was applied to both sides of the pellet to form an electrode. Next, the electrodes were wired and connected to an Agilent LCR meter (E4980A). Next, voltage-current was applied, and the dielectric constant of a Ce-NaPOM (without vacuum heat treatment) sample was measured by a four-terminal method. The measurement frequency was 3 kHz to 2 MHz, and the applied voltage was 2 V.
図19は、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプルの誘電率測定から得られた誘電損失の温度依存性を示すグラフである。150K〜300Kの温度範囲で、3kHzから2MHzの周波数において、周波数に依存する誘電損失のピークは観測されなかった。 FIG. 19 is a graph showing the temperature dependence of the dielectric loss obtained from the dielectric constant measurement of a Ce-NaPOM (without vacuum heat treatment) sample. In the temperature range of 150K to 300K, no frequency-dependent dielectric loss peak was observed at a frequency of 3 kHz to 2 MHz.
(実施例1−1−2)
次に、得られた結晶(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル)の粉末の代わりにCe−NaPOM(真空80℃2h処理)サンプルの粉末を用いた他は試験例1−1と同様にして、ペレットを作製し、誘電率測定を行った。
(Example 1-1-2)
Next, a powder of Ce-NaPOM (vacuum treated at 80 ° C. for 2 hours) was used in place of the obtained crystal (Ce-NaPOM (vacuum heat treatment) sample) powder in the same manner as in Test Example 1-1. A pellet was prepared, and the dielectric constant was measured.
図20は、Ce−NaPOM(真空80℃2h処理)サンプルの誘電率測定から得られた誘電損失の温度依存性を示すグラフである。150K〜300Kの温度範囲で、333Hzから2MHzの周波数において、周波数に依存する誘電損失のピークが270K〜295Kの範囲で観測された。これは、ナトリウムイオンの揺らぎに伴う誘電損失のピークであると考察した。 FIG. 20 is a graph showing the temperature dependence of dielectric loss obtained from the dielectric constant measurement of a Ce-NaPOM (vacuum 80 ° C., 2 h treatment) sample. In the temperature range of 150K to 300K, a frequency dependent dielectric loss peak was observed in the range of 270K to 295K at a frequency of 333 Hz to 2 MHz. This was considered to be the peak of dielectric loss accompanying the fluctuation of sodium ions.
<分極測定、PT測定、PE測定>
(実施例1−2−1)
分極測定を行った。焦電電流は非常に小さく、焦電電流ピークは観測されなかった。
<Polarization measurement, PT measurement, PE measurement>
(Example 1-2-1)
Polarization measurements were made. The pyroelectric current was very small and no pyroelectric current peak was observed.
図21は、PE測定の装置構成図である。まず、得られた結晶(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル)の粉末からペレット(厚さ312μm、面積133mm2)を作製した。次に、ペレットの両面を円板状の電極で挟み込んだ。次に、電極に配線して、PrecisionLC(Radiant Technologies社製)に接続した。次に、ソーヤータワー回路により、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプルのPE(分極の電場依存性)を測定した。 FIG. 21 is an apparatus configuration diagram of PE measurement. First, pellets (thickness: 312 μm, area: 133 mm 2 ) were produced from the powder of the obtained crystal (Ce—NaPOM (without vacuum heat treatment) sample). Next, both sides of the pellet were sandwiched between disc-shaped electrodes. Next, it wired to the electrode and connected to PrecisionLC (made by Radiant Technologies). Next, PE (electric field dependence of polarization) of the Ce-NaPOM (no vacuum heat treatment) sample was measured by a Sawyer tower circuit.
(実施例1−2−2)
次に、得られた結晶(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル)の粉末の代わりにCe−NaPOM(真空80℃2h処理)サンプルの粉末を用いた他は試験例2−1と同様にして、ペレットを作製し、PT測定、PE測定を行った。
(Example 1-2-2)
Next, in the same manner as in Test Example 2-1, except that the powder of the obtained crystal (Ce-NaPOM (without vacuum heat treatment) sample) was replaced with the powder of Ce-NaPOM (vacuum treated at 80 ° C. for 2 hours). A pellet was prepared, and PT measurement and PE measurement were performed.
(実施例1−2−3)
次に、得られた結晶(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル)の粉末の代わりにCe−NaPOM(真空120℃4h処理)サンプルの粉末を用いた他は試験例2−1と同様にして、ペレットを作製し、PE測定を行った。
(Example 1-2-3)
Next, in the same manner as in Test Example 2-1, except that the powder of the obtained crystal (Ce-NaPOM (without vacuum heat treatment) sample) was replaced with the powder of Ce-NaPOM (vacuum treated at 120 ° C. for 4 hours). Then, a pellet was prepared and PE measurement was performed.
図22は、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル及びCe−NaPOM(真空80℃2h処理)サンプルのPT(焦電電流の積分値と温度との関係)を示すグラフである。真空加熱処理により、分極Pの値を高めることができた。 FIG. 22 is a graph showing PT (relationship between integrated value of pyroelectric current and temperature) of a Ce-NaPOM (no vacuum heat treatment) sample and a Ce-NaPOM (vacuum 80 ° C., 2 h treatment) sample. The value of the polarization P could be increased by the vacuum heat treatment.
図23は、Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプルのPEを示すグラフである。誘電ヒステリシスはほとんど得られなかった。 FIG. 23 is a graph showing PE of a Ce—NaPOM (without vacuum heat treatment) sample. Almost no dielectric hysteresis was obtained.
図24は、Ce−NaPOM(真空80℃、2h処理)サンプルのPEを示すグラフである。ある程度の大きさの誘電ヒステリシスが得られた。また、低温250Kから室温RT(300K)まで昇温するに従い、誘電ヒステリシスは大きくなった。 FIG. 24 is a graph showing PE of a Ce—NaPOM (vacuum 80 ° C., 2 h treatment) sample. A certain amount of dielectric hysteresis was obtained. In addition, the dielectric hysteresis increased as the temperature increased from low temperature 250K to room temperature RT (300K).
図25は、Ce−NaPOM(真空120℃4h処理)サンプルのPEを示すグラフである。大きな誘電ヒステリシスが得られた。また、低温260Kから室温RT(300K)まで昇温するに従い、誘電ヒステリシスは大きくなった。また、誘電ヒステリシスのデータのばらつきもCe−NaPOM(真空80℃2h処理)サンプルに比較して小さくなった。 FIG. 25 is a graph showing PE of a Ce—NaPOM (vacuum 120 ° C., 4 h treatment) sample. A large dielectric hysteresis was obtained. In addition, the dielectric hysteresis increased as the temperature increased from a low temperature of 260 K to a room temperature RT (300 K). In addition, variation in the data of dielectric hysteresis was also smaller than that of the Ce-NaPOM (vacuum 80 ° C., 2 h treatment) sample.
(試験例1)
<単結晶作製>
まず、すでに報告されている方法でナトリウムイオンを内包したPreyssler型POMである[K12.5Na1.5[NaP5W30O110]・15H2O]を合成した。次に、36.6mg(0.1mmol)のTb(NO3)3・6H2Oに、H2Oを3ml加えて、第1の溶液を調製した。次に、1.00g(0.121mmol)のK12.5Na1.5[NaP5W30O110]・15H2Oに、H2Oを12ml加えて、溶液Bを調製し、第2の溶液を60℃に加熱した。次に、第2の溶液を第1の溶液に滴下し、第1の混合溶液を調製した。
(Test Example 1)
<Single crystal production>
First, [K 12.5 Na 1.5 [NaP 5 W 30 O 110 ] .15H 2 O], which is a Preyssler type POM encapsulating sodium ions, was synthesized by a method already reported. Next, 3 ml of H 2 O was added to 36.6 mg (0.1 mmol) of Tb (NO 3 ) 3 .6H 2 O to prepare a first solution. Next, 12 ml of H 2 O was added to 1.00 g (0.121 mmol) of K 12.5 Na 1.5 [NaP 5 W 30 O 110 ] · 15H 2 O to prepare solution B, and the second solution was added to 60 ml. Heated to ° C. Next, the 2nd solution was dripped at the 1st solution, and the 1st mixed solution was prepared.
次に、第1の混合溶液を145℃で24時間保持した。次に、加熱後室温まで冷やした溶液にKClを4.00g(53mmol)を加えた。以上により、結晶粉末を得た。 Next, the first mixed solution was held at 145 ° C. for 24 hours. Next, 4.00 g (53 mmol) of KCl was added to the solution cooled to room temperature after heating. Thus, a crystal powder was obtained.
図26は、得られた結晶の写真である。最長径1mmの無色の透明な結晶が得られた。なお、水分子を包接した分子錯体は作成できなかった。 FIG. 26 is a photograph of the obtained crystal. A colorless transparent crystal having a longest diameter of 1 mm was obtained. A molecular complex that included water molecules could not be prepared.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、K6Na6(H2O)n[Tb3+−P5W30O110]・mH2O(K、Na−TbPOMと略記する。)であることが判明した。この結晶のn、mは特定できなかった。
<X-ray structural analysis>
The crystals obtained by X-ray structural analysis were K 6 Na 6 (H 2 O) n [Tb 3+ -P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as K, Na-TbPOM). It turned out to be. The n and m of this crystal could not be specified.
K、Na−TbPOMサンプルは多くの結晶水を含んでいた。そのため、常圧室温で脱水による結晶の劣化が起こった。 The K, Na-TbPOM sample contained a lot of crystal water. As a result, the crystals deteriorated due to dehydration at normal pressure and room temperature.
<誘電率測定>
次に、得られた結晶(Ce−NaPOM(真空加熱処理なし)サンプル)の粉末の代わりにK、Na−TbPOMサンプルの粉末を用いた他は実施例1−1−1と同様にして、ペレットを作製し、誘電率測定を行った。
<Dielectric constant measurement>
Next, pellets were obtained in the same manner as in Example 1-1-1, except that K and Na-TbPOM sample powder were used instead of the obtained crystal (Ce-NaPOM (without vacuum heat treatment) sample) powder. The dielectric constant was measured.
図27(a)は、K、Na−TbPOMサンプルの誘電率測定から得られた誘電損失の温度依存性を示すグラフである。150K〜300Kの温度範囲で、333Hzから2MHzの周波数で誘電率を測定した。333Hzから333kHzの周波数領域では、周波数に依存する誘電損失のピークが225から280Kの範囲で観測された。この誘電損失のピークはテルビウムイオンの揺らぎによるものと考えた。 FIG. 27A is a graph showing the temperature dependence of the dielectric loss obtained from the dielectric constant measurement of the K, Na—TbPOM sample. The dielectric constant was measured at a frequency of 333 Hz to 2 MHz in a temperature range of 150K to 300K. In the frequency range from 333 Hz to 333 kHz, a frequency-dependent dielectric loss peak was observed in the range of 225 to 280K. The peak of this dielectric loss was thought to be due to the fluctuation of terbium ions.
図27(b)は、K、Na−TbPOMサンプルの誘電損失の温度依存性から得られたアレニウス・プロットである。算出には、各周波数とピークトップ温度を用いた。グラフは縦軸に各周波数の自然対数を、横軸にピークトップ温度の逆数を用いて示した。エネルギー障壁Uは0.487eVとなった。 FIG. 27 (b) is an Arrhenius plot obtained from the temperature dependence of the dielectric loss of the K, Na-TbPOM sample. Each frequency and peak top temperature were used for the calculation. The graph shows the natural logarithm of each frequency on the vertical axis and the reciprocal of the peak top temperature on the horizontal axis. The energy barrier U was 0.487 eV.
<PT測定>
エレクトロメータ(Keithley 6517A)を用いて、K、Na−TbPOMサンプルのPT測定を行った。まず、K、Na−TbPOMサンプルを冷却し、±540V/cmの電場を印加してポーリング処理を行った。次に、ゼロ電場下で0.5K/minのレートで温めながら焦電電流を測定した。その結果、250Kに明確な焦電電流ピークを得た。
<PT measurement>
PT measurement of the K, Na-TbPOM sample was performed using an electrometer (Keithley 6517A). First, the K, Na-TbPOM sample was cooled, and a polling process was performed by applying an electric field of ± 540 V / cm. Next, pyroelectric current was measured while warming at a rate of 0.5 K / min under zero electric field. As a result, a clear pyroelectric current peak was obtained at 250K.
図28は、K、Na−TbPOMサンプルの焦電電流の積分値を100Kでの焦電電流の積分値で規格化した値の温度依存性を示すグラフ(PTグラフ)である。230Kから分極の絶対値が減少し始め、320Kで0となった。この温度を、強誘電発現温度とした。 FIG. 28 is a graph (PT graph) showing the temperature dependence of the value obtained by normalizing the integrated value of the pyroelectric current of the K, Na-TbPOM sample with the integrated value of the pyroelectric current at 100K. The absolute value of polarization started to decrease from 230K and became zero at 320K. This temperature was defined as a ferroelectric development temperature.
<PE測定>
Radient社製Precision LCを用いて、K、Na−TbPOMサンプルのPE測定を行った。図29は、K、Na−TbPOMサンプルの誘電ヒステリシスループである。220K、250K、280Kと昇温するに従い、誘電ヒステリシスは大きくなり、280Kで最大印加電圧350V/cmとしたとき、強誘電的なヒステリシスループが観測された。この温度はPT測定で観測された焦電電流ピークの温度と一致した。これから、自発分極の起源はPOM分子内のテルビウムイオンの偏りによるものと考察した。
<PE measurement>
PE and K of Na-TbPOM sample were measured using Radient Precision LC. FIG. 29 is a dielectric hysteresis loop of the K, Na—TbPOM sample. As the temperature increased to 220K, 250K, and 280K, the dielectric hysteresis increased, and a ferroelectric hysteresis loop was observed when the maximum applied voltage was 350 V / cm at 280K. This temperature coincided with the temperature of the pyroelectric current peak observed by PT measurement. From this, the origin of spontaneous polarization was considered to be due to the bias of terbium ions in the POM molecule.
以上により、水分子を含むK、Na−TbPOMサンプルが作成できれば、水分子を取り除くことにより、大きな誘電ヒステリシスを示す材料として使用できることを明らかにした。 From the above, it has been clarified that if a K, Na-TbPOM sample containing water molecules can be prepared, it can be used as a material exhibiting a large dielectric hysteresis by removing the water molecules.
(比較例1)
<単結晶作製>
まず、K12.5Na1.5[NaP5W30O110]を乾燥させて白色粉末にした。次に、100mg(1.25×10-5mol)のK12.5Na1.5[NaP5W30O110]に、H2Oを1ml加えて、第4の溶液を調製した。次に、2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oに、H2Oを数滴加えて、第5の溶液を調製した。次に、第4の溶液と第5の溶液を混ぜて、第6の混合溶液を調製した。次に、第6の混合溶液を加熱して液量を約半量にした後、放置して、結晶を析出させた。以上により、結晶粉末が得られた。
(Comparative Example 1)
<Single crystal production>
First, K 12.5 Na 1.5 [NaP 5 W 30 O 110 ] was dried to a white powder. Next, 1 ml of H 2 O was added to 100 mg (1.25 × 10 −5 mol) of K 12.5 Na 1.5 [NaP 5 W 30 O 110 ] to prepare a fourth solution. Next, a few drops of H 2 O were added to 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O to prepare a fifth solution. Next, the fourth solution and the fifth solution were mixed to prepare a sixth mixed solution. Next, the sixth mixed solution was heated to reduce the liquid volume to about half, and then allowed to stand to precipitate crystals. Thus, a crystal powder was obtained.
図30は、得られた結晶の写真である。最長径3mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 30 is a photograph of the obtained crystal. Transparent crystals with a maximum diameter of 3 mm were obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、NiCl2(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((NiCl2−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The X-ray structure analysis, the crystals obtained are, NiCl 2 (H 2 O) n - [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110] · mH 2 O ( abbreviated as (NiCl 2 -NaPOM). It turned out to be.
(比較例2)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、CrCl3・6H2Oを3.3mg(1.2×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 2)
<Single crystal production>
Comparative Example except that 3.3 mg (1.2 × 10 −5 mol) of CrCl 3 .6H 2 O was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O In the same manner as in Example 1, crystal powder was obtained.
図31は、得られた結晶の写真である。最長径2mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 31 is a photograph of the obtained crystal. A transparent crystal having a longest diameter of 2 mm was obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、CrCl3(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((CrCl3−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The crystals obtained by X-ray structural analysis were CrCl 3 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (CrCl 3 —NaPOM).) It turned out to be.
(比較例3)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、CoCl2を2.0mg(1.5×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 3)
<Single crystal production>
The same procedure as in Comparative Example 1 was performed except that 2.0 mg (1.5 × 10 −5 mol) of CoCl 2 was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O. Thus, crystal powder was obtained.
図32は、得られた結晶の写真である。最長径2mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 32 is a photograph of the obtained crystal. A transparent crystal having a longest diameter of 2 mm was obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、CoCl2(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((CoCl2−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
By X-ray structural analysis, the obtained crystal is CoCl 2 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (CoCl 2 —NaPOM).) It turned out to be.
(比較例4)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、CuCl2・2H2Oを2.1mg(1.2×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 4)
<Single crystal production>
Comparative Example except that 2.1 mg (1.2 × 10 −5 mol) of CuCl 2 .2H 2 O was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O In the same manner as in Example 1, crystal powder was obtained.
図33は、得られた結晶の写真である。最長径2mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 33 is a photograph of the obtained crystal. A transparent crystal having a longest diameter of 2 mm was obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、1CuCl2(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((1CuCl2−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The crystals obtained by X-ray structural analysis were obtained as follows: 1CuCl 2 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (1CuCl 2 —NaPOM)) It turned out to be.
(比較例5)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、CuCl2・2H2Oを11.1mg(6.5×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 5)
<Single crystal production>
Comparative Example except that 11.1 mg (6.5 × 10 −5 mol) of CuCl 2 .2H 2 O was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O In the same manner as in Example 1, crystal powder was obtained.
図34は、得られた結晶の写真である。最長径1mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 34 is a photograph of the obtained crystal. A transparent crystal having a longest diameter of 1 mm was obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、5CuCl2(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((5CuCl2−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The crystals obtained by X-ray structural analysis were obtained as follows: 5CuCl 2 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (5CuCl 2 —NaPOM)) It turned out to be.
(比較例6)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、MnCl2・4H2Oを2.46mg(1.24×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 6)
<Single crystal production>
Comparative Example except that 2.46 mg (1.24 × 10 −5 mol) of MnCl 2 .4H 2 O was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O In the same manner as in Example 1, crystal powder was obtained.
図35は、得られた結晶の写真である。最長径3mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 35 is a photograph of the obtained crystal. Transparent crystals with a maximum diameter of 3 mm were obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、MnCl2(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((MnCl2−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The X-ray structure analysis, the crystals obtained are, MnCl 2 (H 2 O) n - [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110] · mH 2 O ( abbreviated as (MnCl 2 -NaPOM). It turned out to be.
(比較例7)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、CrCl3を2.00mg(1.27×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 7)
<Single crystal production>
Instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O, 2.00 mg (1.27 × 10 −5 mol) of CrCl 3 was used. Thus, crystal powder was obtained.
図36は、得られた結晶の写真である。最長径1mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 36 is a photograph of the obtained crystal. A transparent crystal having a longest diameter of 1 mm was obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、VCl3(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((VCl3−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The crystal obtained by X-ray structural analysis was obtained as VCl 3 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (VCl 3 —NaPOM).) It turned out to be.
(比較例8)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、FeCl2・4H2Oを2.35mg(1.18×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 8)
<Single crystal production>
Comparative example except that 2.35 mg (1.18 × 10 −5 mol) of FeCl 2 .4H 2 O was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O In the same manner as in Example 1, crystal powder was obtained.
図37は、得られた結晶の写真である。最長径3mmの薄黄色の結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 37 is a photograph of the obtained crystal. Pale yellow crystals having a longest diameter of 3 mm were obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、FeCl2(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((FeCl2−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The crystals obtained by X-ray structural analysis were FeCl 2 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (FeCl 2 —NaPOM).) It turned out to be.
(比較例9)
<単結晶作製>
2.9mg(1.2×10-5mol)のNiCl2・6H2Oの代わりに、FeCl3・6H2Oを2.66mg(1.28×10-5mol)用いた他は比較例1と同様にして、結晶粉末を得た。
(Comparative Example 9)
<Single crystal production>
Comparative example except that 2.66 mg (1.28 × 10 −5 mol) of FeCl 3 .6H 2 O was used instead of 2.9 mg (1.2 × 10 −5 mol) of NiCl 2 .6H 2 O In the same manner as in Example 1, crystal powder was obtained.
図38は、得られた結晶の写真である。最長径1mmの透明な結晶が得られた。水から取り出すと大きな結晶はすぐにひび割れた。 FIG. 38 is a photograph of the obtained crystal. A transparent crystal having a longest diameter of 1 mm was obtained. When removed from the water, the large crystals cracked immediately.
<X線構造解析>
X線構造解析により、得られた結晶は、FeCl3(H2O)n−[Na(H2O)P5W30O110]・mH2O((FeCl3−NaPOMと略記する。)であることが判明した。
<X-ray structural analysis>
The crystals obtained by X-ray structural analysis were FeCl 3 (H 2 O) n — [Na (H 2 O) P 5 W 30 O 110 ] · mH 2 O (abbreviated as (FeCl 3 —NaPOM).) It turned out to be.
比較例1〜9の結晶のn、mは特定できなかった。表1に、得られた結晶の組成及び特性をまとめた。 N and m of the crystals of Comparative Examples 1 to 9 could not be specified. Table 1 summarizes the composition and characteristics of the crystals obtained.
本発明の分子性金属酸化物クラスターは、分子分極が安定保持され、構造的にも安定な構成なので、単分子磁石のものよりはるかに高い強誘電発現温度TCを有し、室温付近で誘電ヒステリシスを観測できる効果を奏する。分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法により、分子分極を安定保持できるとともに、分子分極を容易に形成できる。これにより、強誘電メモリの高密度化などへ応用でき、分子メモリにできる。また、分子性金属酸化物クラスター結晶で安定の構造をとるので、結晶メモリに応用できる。また、分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体としてデバイス化もできる。また、室温で駆動するナノデバイスやナノエレクトロニクス材料へ利用できる。また、一分子で強誘電的な振る舞いにより、分子レベルのアクチュエーター、トランジスタなどへの応用も期待できる。以上により、電子デバイス産業へ利用可能性がある。 Molecular metal oxide clusters of the present invention, molecular polarizability is held stably, so also stable structure structurally, has a ferroelectric expression temperature T C is much higher than that of the monomolecular magnet, a dielectric around room temperature It has the effect of observing hysteresis. The molecular polarization can be stably maintained and the molecular polarization can be easily formed by the molecular polarization forming method to the molecular metal oxide cluster. As a result, it can be applied to increase the density of the ferroelectric memory, and can be a molecular memory. In addition, since it has a stable structure with molecular metal oxide cluster crystals, it can be applied to crystal memories. Moreover, it can also be device-ized as a molecular metal oxide cluster crystal aggregate. It can also be used for nanodevices and nanoelectronic materials that are driven at room temperature. In addition, it can be expected to be applied to actuators and transistors at the molecular level due to the single-molecule and ferroelectric behavior. As described above, the electronic device industry can be used.
10…分子性金属酸化物クラスター結晶凝集体(ペレット)、11…分子性金属酸化物クラスター結晶、31…分子性金属酸化物クラスター、31c…連通孔、31c1、31c2…包接部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Molecular metal oxide cluster crystal aggregate (pellet), 11 ... Molecular metal oxide cluster crystal, 31 ... Molecular metal oxide cluster, 31c ... Communication hole, 31c1, 31c2 ... Inclusion part.
Claims (18)
M1,H2O−P5W30O110・・・(1) The cluster skeleton is represented by the following chemical formula (1), and in the chemical formula (1), M1 is any metal ion selected from the group of alkali metals and lanthanoids. 2. The molecular metal oxide cluster according to item 1.
M1, H 2 O-P 5 W 30 O 110 (1)
M2,(H2O)n[M1,H2O−P5W30O110]・mH2O・・・(2) In the chemical formula (2), M1 is any metal ion selected from the group of Na + , Nd 3+ , Dy 3+ or Tb 3+ , and M2 is Na + , K One, two or more cations selected from the group of + , Ca 2+ , Ce 4+ or NH 4 + , n is a natural number of 1 or more and 10 or less, and m is a natural number of 1 or more and 40 or less. The molecular metal oxide cluster crystal according to any one of claims 6 to 9, wherein:
M2, (H 2 O) n [M1, H 2 O-P 5 W 30 O 110] · mH 2 O ··· (2)
前記水分子を包接しない分子性金属酸化物クラスターに電場を印加して、分極を形成する工程と、を有することを特徴とする分子性金属酸化物クラスターへの分子分極形成方法。 A molecular property that does not include water molecules by vacuum heating the molecular metal oxide cluster according to any one of claims 1 to 6 to extract inclusion water molecules from the molecular metal oxide cluster to the outside. Forming a metal oxide cluster;
And a step of forming polarization by applying an electric field to the molecular metal oxide cluster that does not include water molecules.
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