51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　芥川智行

【発表のポイント】

• イオンチャネル^注１と强诱电体^注２构造を分子集合体中で共存させることに成功した。
• イオン変位が新たな分极构造を诱起し、强诱电体メモリ^注３のスイッチング特性を决定する重要なパラメータである残留分极値^注４を増加させた。
• チャネル内のイオンサイズによりイオン変位量が変化し、强诱电体の電場－分極曲線の残留分极値が制御可能であった。

【概要】

有机材料では有机合成化学の手法から多様な分子集合体构造が设计可能であり、様々な机能を复合化することができます。东北大学多元物质科学研究所の原国豪博士、芥川智行教授らは、イオンチャネル构造を有する液晶性クラウンエーテル^注５誘導体と液晶性强诱电体からなる混晶を作製し、イオン伝导性^注６と強誘電性が共存した新規な分子集合体構造の開発に成功しました。本来、伝導性と強誘電性は相反する性質と考えられてきましたが、强诱电体メモリとしての性能を向上させる事がわかりました。分子集合体における多重機能性の実現は、新たな動作原理によるフレキシブル有機メモリの開発を可能とし、その性能向上および次世代に有機エレクトロニクス創製に向けた新たな指針を提案します。

本研究の成果は英国現地時間の2021年9月28日、学術誌Chemical Scienceにてオンライン掲載されました。

図1 強誘電性液晶1とイオン伝导性液晶2の分子構造。アルキルアミド鎖間の分子間N－H???O＝水素結合が一次元カラム構造を形成する。分子2ではクラウンエーテルの積層によるイオンチャネルが出現する。電場－分極ヒステリシス曲線における抗電場（E_c）と残留分极値（P_r）。イオン変位による分极P_ionと分子1の真性分极笔₁の和がマクロな残留分极P_rとして観测される。

【用语解説】

注1．イオンチャネル
Na⁺や碍⁺などの各种イオンを能动的?选択的に透过させることができる一次元构造であり、生体膜に存在するタンパク质です。活动电位の発生?受容器电位の発生?静止膜电位の维持などに関与し、生体活动における重要な役割を果たしています。この様なイオンチャネルを有机合成化学の手法で人工的に実现する研究が数多く行われています。

注2．强诱电体
外部に電場がなくても双極子モーメントが整列しており、かつその方向が外部電場に対して反転できる物質です。双極子モーメントが自発的に整列した状態が強誘電状態でランダムな状態が常誘電体となり、温度により常誘電体－强诱电体相転移を示します。代表的な物質としてチタン酸バリウム BaTiO₃ やチタン酸ジルコン酸鉛 Pb(Zr, Ti)O₃（PZT）があり、强诱电体メモリなどに使用されています。

注3．强诱电体メモリ
FeRAMと呼ばれる不揮発性のメモリであり、强诱电体の電場－分極曲線のヒステリシス（履歴）現象に依存した正負の残留分極（自発分極）をデジタルデータの1と0に対応させたメモリです。

注4．残留分极値
强诱电体の表面に存在する単位体積当たりの電気双極子は、外部電場に応じて正と負にその符号を変化する事ができ、それを自発分極と呼びます。 電場－分極ヒステリシス曲線で、外部電場を0にした時に表面に残っている分極の値を残留分極 P_rとよび、外部电场により分极の符号が反転できます。

注5．クラウンエーテル
構造式 (-CH₂CH₂O)_n で表される大環状のエーテル分子です。例えば、n = 6の分子は18-クラウン-6-エーテルと呼ばれます。エーテル環の内側に存在する複数の酸素原子の非共有電子対が金属カチオンに配位し、安定にカチオンを取り込んだ包接構造を形成します。

注6．イオン伝导性
固体中におけるイオンの拡散による電気伝導性です。例えば、イオンチャネル内のイオン拡散はイオン伝导性を発現させることができます。電子伝導性と比べるとその絶対値は小さいですが、Li⁺イオンや贬⁺の伝导は高性能なリチウムイオン电池や燃料电池の実现に重要な役割を果たしています。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授　芥川　智行（あくたがわ ともゆき）
电话：022-217-5653
贰-尘补颈濒：补办耻迟补驳补飞补*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
広报情报室
电话：022-217-5198
贰-尘补颈濒：辫谤别蝉蝉.迟补驳别苍*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）