日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 30(4): 133-141 (2013)
doi:10.20731/zeoraito.30.4.133

解説解説

ゼオライトの配列ナノ空間を利用したエキゾチックな電子系スーパーアトム結晶Exotic Properties of Electrons in Regular Nanospaces of Zeolite Crystals: Superatom Crystals

大阪大学大学院理学研究科物理学専攻Department of Physics, Graduate School of Science, Osaka University ◇ 〒560-0043 大阪府豊中市待兼山町1-1 ◇ 1-1 Machikaneyama, Toyonaka, Osaka 560-0043, Japan

受理日:2013年9月10日Accepted: September 10, 2013
発行日:2013年12月10日Published: December 10, 2013
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ゼオライト結晶の配列した細孔に物質を吸蔵させて新規な物質系を作成することができる。それらの中で,アルカリ金属を吸蔵させた系では,そのs電子はゼオライトの複数の陽イオンに共有されて,細孔内に広がった新たな量子準位をもつクラスターを形成する。吸蔵量を増やすと,スーパーアトムのようにs電子が量子準位を順に占有する。その結果,ゼオライト骨格の種類やアルカリ金属の種類とその吸蔵量に依存して,強磁性やフェリ磁性や反強磁性など,アルカリ金属自体にはなかった性質が現れ,また,絶縁体金属転移が観測される。この系は,あたかもスーパーアトムが規則的に配列した結晶と考えることができる。その際,s電子は,スーパーアトムとしての局在性とその間を遍歴する性質に加えて,陽イオンの格子変位との相互作用によるポーラロン効果が競合したエキゾチックな物性を示す。

Novel materials can be created in regular nanospaces of zeolite crystals by the loading of guest materials. In the case of the loading of alkali metals, s-electrons of guest atoms are shared with alkali cations of zeolites, and form clusters with new quantum electronic states. The successive occupation of s-electrons in clusters is compared to the superatom states with the nanometer size. The regular array of these clusters exhibits novel electronic properties, such as ferromagnetism, ferrimagnetism and antiferromagnetism, contrary to the nonmagnetic properties of bulk alkali metals. The insulator-to-metal transition occurs depending on the loading density. These behaviors are overviewed in terms of the localized nature of superatoms, the electron transfer between them and the polaron effect by the interaction between s-electrons and cation displacements. The competitions among them provide us an exotic electron system of the solid state physics.

キーワード:アルカリ金属クラスター;スーパーアトム;強磁性;絶縁体金属転移

Key words: alkali metal clusters; superatoms; ferromagnetism; electrical conductivity

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