新奇な近藤効果を金属表面上の分子で発見

電子がもつスピンをデジタル情報処理のひとつとして利用する「スピントロニクス」は、現代のエレクトロニクス技術の限界を突破できる未来の技術として注目されています。そして、この技術を実用化するために世界中で盛んに研成が進められています。その中で、スピントロニクスのデバイス構成要素に有機分子を使おうという試みが始まっています。有機分子は、化学合成や修飾で新機能が付与できることが強みです。実際に有機分子を用いるためには、電極や基板など金属表面に接触させる必要があるため、金属との接触によって有機分子のスピンがどう変化するかを明らかにすることが求められます。

一方、金属表面と磁性をもつ有機分子が接触すると、金属中の伝導電子とスピンの相互作用によって「近藤効果」と呼ばれる現象が起きます。これは、電気伝導性と磁性を大きく変えるため、そのメカニズムの解明が待たれている現象です。

理化学研究所の研究者を中心とする共同研究グループは、この近藤効果に着目し、金の表面に有機錯体分子である鉄フタロシアニン（FePc）分子を吸着させたときの状態を理論と実験を密接に組み合わせることで、詳細に調査しました。すると、スピン自由度だけが関与する通常の近藤効果とは異なるSU(4)近藤効果が生じることを発見しました。 SU(4)近藤効果は、今までカーボンナノチューブ量子ドットでしか発見されておらず、今回初めて有機分子で確認することができました。さらにFePc分子が金表面に吸着する構造そのものがSU(4)近藤効果の有無を決定していました。つまり、 “かたち”が量子多体効果にはっきりとした影響を及ぼすという珍しい現象です。

この成果は、学術的に重要な発見だけでなく、優れた機能をもつ分子の設計やデバイスデザインの指針になると期待できます。