見る方向や光の偏光によって三色に変化する物質を発見 重い遷移金属元素を含む物質が生み出す新たな機能性

今回発見した新物質の結晶とその結晶構造
今回発見した新物質Ca₃ReO₅Cl₂は見る方向や入射する光の偏光方向によって色が変わる多色性という性質を示します。この物質では、重い遷移金属元素のレニウム(Re)を含むことと、レニウムに5つの酸素が歪んだピラミッド型に結合していることが、多色性を示す鍵になっています。
© 2017　平井大悟郎

東京大学物性研究所の平井大悟郎助教、廣井善二教授らの研究グループは、原子番号の大きな重い遷移金属元素であるレニウムを含む新物質の合成に成功しました。この物質は、見る方向によって色が緑からオレンジに変化し、さらに光の偏光により、赤・黄・緑の3つの全く異なる色を示すことを発見しました。本研究で得られた知見は、今後より強い色の変化や、異なる色の変化を示す物質を開発するための指針を与えることが期待されます。

本物質では、含まれるレニウムのd電子がエネルギーのより高い状態に励起されるときに、光を吸収することで色を示します。光学測定や理論計算を行った結果、入射する光の偏光によって吸収されるエネルギー（光の色）が異なるため、色の変化が起こることを明らかにしました。また、この性質は、5d電子をもつ元素であるレニウムを含むことと、レニウムのまわりに酸化物イオンと塩化物イオンという2種類の陰イオンが存在するため現れることがわかりました。今回発見された新物質の特異な光学特性は、5d電子を含む物質の新たな可能性を示します。

「この物質は、他の物質を作ろうとして偶然に合成されました。最初は色の異なる複数の物質が得られたと思いましたが、ピンセットで結晶をつまんだときに方向によって色が変化することに気づき、これまでの研究生活のなかで一番興奮しました」と平井助教は話します。「重い遷移金属元素を含むことが重要なポイントですが、そのような物質の研究はまだまだ発展途上です。今後さらに重い遷移金属元素を含む新物質を合成し、新しい物性や機能を見出していきたいと思います」と続けます。

プレスリリース

論文情報

Daigorou Hirai, Takeshi Yajima, Daisuke Nishio-Hamane, Changsu Kim, Hidefumi Akiyama, Mitsuaki Kawamura, Takahiro Misawa, Nobuyuki Abe, Taka-hisa Arima, and Zenji Hiroi, "'Visible' 5d orbital states in a pleochroic oxychloride", Journal of the American Chemical Society Online Edition: 2017/07/17 (Japan time), doi:10.1021/jacs.7b05128.
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