化学コース　准教授　張 中岳

　現代の配位化学における研究は、触媒の応用、化学物質の精製、およびさまざまな種類のセンサーに向けた多くの異なる研究課題を含んでいます。しかし、配位化学の分野において、珍しい物理特性を持つ材料の探求や量子技術への応用の可能性は、長い間見過ごされてきました。物理学でよく研究されている従来の固体材料と比較すると、配位錯体における電子とスピンの相互作用ははるかに弱く、そのためこのような研究の可能性が制限されてきました。しかし、それは配位化学において興味深い電子的、磁気的、量子材料を開発することが不可能だという意味なのでしょうか？

　もちろん、答えは「いいえ」です。現代の固体物理学で最も重要な概念の1つが「トポロジー」であり、これはシステムが連続的に曲げられたり、ねじられたり、またはその他の形で変形されたときに変わらない物理的特性を研究します。理論によれば、特別な構造的トポロジーを持つ材料から異常な物理的特性が現れる可能性があると予測されています。例えば、高度に対称的なハニカム格子を持つグラフェンでは、トポロジー的に保護されたエッジ状態や局在化磁性が観察される可能性があります。

　特別なトポロジーを持つ材料を作ることは、配位化学者にとってそれほど難しくありません。最近では、結晶工学アプローチを用いることで、研究者が2D金属有機フレームワーク（２D　MOF）と呼ばれる配位高分子を合成しました。これらの材料は、ハニカム格子やカゴメ格子のような興味深いトポロジーを持っており、その中の電子とスピンの相互作用は、従来の配位分子よりもはるかに強いです。したがって、私の研究はこれらの材料における異常な物理的特性に焦点を当てています。ESRや超低温物理測定などの高度な物理測定技術を用いて、私はこのような2D MOF材料において「量子スピン液体」状態や特別な電気化学的メカニズムを発見しました。配位化学と固体物理学の分野を橋渡しできる戦略が存在することは非常に興奮すべきことであり、これは未来の量子技術のための新しい材料を開発するための大きな可能性を開きます。

2D MOF 材料の「量子スピン液体」状態

2D MOF材料の相図