유기 바카라 사이트 전기를 사용하여 가장 높은 유전체 특성을 가진 저 분자량 재료 개발

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (요시카와 히로 우키 회장) (이하 "AIST", 강력한 상관 관계 전자 연구 센터 (Tokura Yoshinori 회장) (이하 "슈퍼 상관 센터")와 과학 및 기술 연구소 (이하 Okimura Noriki) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하) (이하 okimura norifter) ( "π 전자시스템의 산-염기 2 성분 유기물을 사용하는 유기농Ferroelectric에 대한 새로운 개발 방법을 발견했습니다 유기 바카라 사이트 전기의 개발은 기존의 무기 재료 대신 바카라 사이트전체의 기능을 사용하거나 순수한 유기농 장치의 개발을 사용하여 기억과 같은 순수한 유기농 장치의 개발에서 매우 중요합니다 이 발견은 재료 개발 범위를 넓히는 중요한 결과입니다

바카라 사이트전 전기는 바카라 사이트전성 특성 및 고유성 상수 재료를 사용하는 비 휘발성 기억과 같은 전자 재료 외에 압전 요소, 액추에이터 및 비선형 광학 재료를 포함한 다양한 기능을 가지고 있습니다 이러한 유용한 기능을 가볍고 유연한 유기 물질로 실현하기 위해 유기 바카라 사이트전 전기가 필요합니다 한편, 유기 소분자만을 사용하여 얻은 바카라 사이트전체는 무기 및 중합체에 비해 숫자가 매우 작으며, 이들의 특성은 열등하여 물질 발달이 거의 탐구되지 않는다

이번에는 AIST의 강력한 상관 관계 센터 및 JST 크리에이티브 과학 및 기술 촉진 프로젝트 (ERATO) "Tokura Spin Super Structure Project"(2001-2006) [Tokura Yoshinori] [Tokura Yoshinori]의 연구 그룹은 유기 분자를 사용하여 수소 결합 산과 두 개의 기본 구성 요소를 가지고 있습니다분자 화합물를 제작함으로써, 그것은 실온에서 바카라 사이트전성 물질이된다는 것이 발견되었다 이러한 수소 결합 분자 화합물이 개발 된 것은 이번이 처음이며 저 분자 유기 바카라 사이트전질 물질을 개발하는 수단 중 하나로 사용될 수 있습니다

이번에 얻은 바카라 사이트전체는편광의 충분히 큰 크기 및 유전 상수 이외에, 편광 역전에 필요한 전기장은 전형적인 바카라 사이트전성 중합체에 비해 매우 작다 바카라 사이트전성은 또한 "바륨 티타 네이트"유형의 한 유형이며, 이는 극성이 거의없는 분자가 비교적 변위 될 때 발생합니다위상 전이를 동반한다는 것이 밝혀졌습니다

이 성과에 대한 자세한 내용은 British Journal of Science자연 재료2005 년 2 월 1 일 호에 게시 [Breaking News Digital Edition, 1 월 23 일] (제목:비극성 유기 분자의 공동 결정에서 실온 근처의 바카라 사이트전성저자 : Horiuchi Sachio, Ishii Fumiyuki, Kumai Reiji, Okimoto Yoichi, Tachibana Hiroaki, Naganaga Naoto, Tokura Yoshiki)

바카라 사이트전체는 외부에서는 적용되지 않은 물질입니다전기 쌍극자가있는 물질을 나타냅니다 전기장에 따라 전기 쌍극자의 방향을 반전시킬 수 있으며, 바륨 티탄산염, 납 기반 산화물 및 아질산 나트륨과 같은 무기 재료로 유명합니다 (그림 1) 커패시터의 기존 적용 외에도, 바카라 사이트전 전기는 바카라 사이트전성 특성을 사용하는 비 휘발성 기억, 압전 요소, 액추에이터 및 현장 효과 트랜지스터 인출기 및 비선형 광학 재료를 사용하는 비 휘발성 기억을 포함하여 다양한 응용 및 실제 사례 및 가능성을 가지고 있습니다 특히, 바카라 사이트전성 특성을 직접 활용하는 적용의 적용의 관점에서 최근 몇 년 동안 개발은 빠르게 발전하고있다 유기 강하 전기 재료는 이러한 유용한 기능을 가볍고 유연한 유기 물질로 실현하는 데 중요합니다 한편, 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드와 같은 중합체 물질은 바카라 사이트전성 액정 이외의 바카라 사이트전성 특성을 나타내는 유기 물질로 잘 알려져있다 바카라 사이트전성 중합체는 전기장에 대한 반응으로 주 사슬 주위의 회전 치환기에 의해 편광이 역전된다는 단점을 가지고 있지만, 필요한 전기장은 매우 크며 메모리 등에 사용될 때 높은 구동 전압이 필요합니다 우수한 특성을 나타내는 유기 바카라 사이트전체를 개발하기 위해, 소분자 및 이들의 개발 방법을 포함하여 광범위한 재료를 확립하는 것이 바람직하지만, 저 분자 체중 시스템은 티오 우레아와 같은 저 분자량 시스템의 몇 가지 예를 가지고 있으며 재료 발달이 거의 설명되지 않는다고 말하는 것은 과장이 아닙니다

기존의 저 분자 유기 바카라 사이트전 전기는 두 가지 유형의 두 가지 유형으로 광범위하게 분류 될 수 있습니다 : 단일 성분 유형 및 둘 이상의 성분으로 구성된 분자 화합물 전자에서는 비대칭입니다극성 분자전기장으로 방향을 뒤집습니다 이 바카라 사이트전 전기 설계 기술은 영구 쌍극자 (극성)와 함께 No₂^-분자가 정렬되고 편광이 발생Order-Disorder단일 성분 유형에서, 실온에서의 유전 상수는 티오 우레아의 경우 약 30이고, 다른 하나는 15 미만처럼 작다 반면에, 분자 화합물의 예는 전자 공여체 및 수용체로 구성됩니다전하 전송 콤플렉스알려져 있습니다 전하 전달 복합체에서, 분자들 사이의 전자 전달과 함께 분자의 변위는 편광의 공급원이며, 수백에서 약 2,000까지의 큰 유전 상수를 갖는 재료가 발견된다 그러나 전도도 또는 유전 손실도 크기 때문에 현재 바카라 사이트전질 재료를 절연하는 데 사용하기에 적합하지 않습니다 따라서,이 연구에서, 본 발명자들은 PI-Electron 기반 바카라 사이트전성 물질로서 산과 염기 사이에 강한 수소 결합이있는 분자 화합물에 중점을 두어 전하 전달 복합체를 대체했다

변위 유형 (예제) Barium titanate		Order-Disorder (예제) 나트륨 설파이트
그림 1 바카라 사이트전성 유형

강한 산도 (H⁺dihydroxy-P-Benzoquinones (클로라 닐산 (H₂ca) 또는 Bromanilic acid (H₂BA))))를 산 및 페나 진 (PHZ)으로 사용하여 양성자 수용체 그룹의 질소 원자를 벤젠 고리에 기초로 통합 한 것으로 제조 하였다 [도 2] 모든 2 성분 분자는 π- 전자 시스템이며, 수소 결합은 분자 사이에 형성되어 1 차원 네트워크를 형성한다 그림 3 (왼쪽)에서 PHZ-H₂CA 및 PHZ-H₂BA 단결정 샘플의 유전 상수의 온도 특성이 표시됩니다 PHZ-H₂BA, 전이 온도는 138K만큼 낮지 만 더 작은 치환기로 변환함으로써 위상 전이 온도가 상당히 개선되고 Cl- 치환 된 PHZ-H₂ca에서 전이 온도는 253k로 상승했습니다 PHZ-H₂CAL 결정이 압력에 적용되었고, 약 6 kbar (6000 대기)의 압력으로 실온에서 위상 전이가 성공적으로 달성되었습니다 위상 전이 온도에서, 유전 상수는 급격히 증가하여 3000에 가까운 큰 허가 성이 실현되고있다 [그림 3 (왼쪽)] 실온에서의 유전 상수는 또한 100을 초과하며, 이는 기존의 순수 유기 바카라 사이트전 전기에 비해 매우 높다

위상 전이 온도 아래에서,도 3 (오른쪽)에 도시 된 바와 같이 편광 전기 전계 곡선]이 관찰 될 수있다 PHZ-H₂160K의 CA, 그림P_r에 의해 표시된 잔류 자발 분극의 크기 약 07-08µc/cm²| 그리고 편광 반전에 필요한 전기장 (그림e_C)는 약 08 kV/cm였으며, 이는 바카라 사이트전성 중합체보다 약 2-3 배 더 작았습니다

위상 전이 온도 위에서 산 및 염기 분자는 중심 대칭을 가지며 분자는 극성이 없습니다 한편, 전이 온도 아래에서, 분자의 중심 위치는 약간 변해 (변위), 분자 골격의 매우 약간의 변형이 동반 된 중심 상징적 인 결정 구조를 초래한다 이것은 바륨 타이타 네이트와 유사한 변위 유형입니다 종래의 변위-유형 바카라 사이트전체는 이온의 변위로 인해 분극을 유발하지만,이 바카라 사이트전전에서는 중성 분자가 전기 변위되고 분자 자체의 극성은 매우 작다 따라서 관찰 된 큰 자발적 분극의 기원을 설명하는 방법은 미래의 문제입니다

그림 2 : π- 전자 기반 유기 바카라 사이트 전기 결정의 제조 및 분자 배열 (녹색 선은 수소 결합을 나타냄)

그림 3 정상적인 압력 하에서 페나진-클로라 닐산 및 페나 진-브로 마닐산 산의 바카라 사이트전체 결정의 유전 상수의 온도 특성 (고체 및 점선은 전기장이 각각 분자 스택과 평행하거나 수 말리에있는 경우 측정 된 데이터를 나타냅니다) (좌측) 및 분산-전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기 전기-전기 전기 전기 전기는 페일 링 된 데이터를 나타냅니다 (전기장은 분자 스택을 따라 적용됩니다) (오른쪽)

이 연구에서 발견 된 바카라 사이트전성 발달 방법을 바탕으로, 우리는 새로운 바카라 사이트전성 재료를 계속해서 개발하고 전이 온도를 더욱 증가시키고 실온 및 정상 압력에서 바카라 사이트전성을 실현하는 것을 목표로합니다 동시에, 우리는 위상 전이의 메커니즘과 바카라 사이트전성 특성의 기원, 특히 수소 결합의 역할을 명확히함으로써 우수한 특성 및 기능을 갖는 유기 바카라 사이트전 전기에 대한 설계 지침을 설정하는 것을 목표로한다 또한, 우리는 전류 결정 샘플에서 박막 등까지 모양을 제어 할 가능성을 고려하고 유기 전자 재료로서의 적용을 개발하고자합니다

◆ π 전자

에탄과 같은 포화 탄화수소에서, 탄소 원자들 사이의 공유 결합은 전자가 원자 사이에 강하게 국한되는 반면 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠, C₆₀분자 외부에 널리 퍼지고 분자 화 된 전자에 의해 생성 된 화학적 결합 (π 결합이라고 함)과 결합된다 π 결합, 즉 π 전자에 관여하는 전자는 분자 사이에 존재할 수 있으며 분자 사이의 상호 작용을 매개하여 전하 수송 능력, 자기 특성 및 광학 기능과 같은 다양한 유용한 물리적 특성 및 기능의 표현을 초래합니다[참조로 돌아 가기]

◆ Ferroelectric

정상적인 재료는 외부 전기장으로 인해 분극을 겪지 만, 일부 물질에서는 성 전기 필드가 적용되지 않더라도 분극 (자발 분극이라고 함)을 가질 수 있습니다 바카라 사이트전성은 외부 전기장의 극성을 역전시킴으로써 자발적 분극의 방향을 반전시킬 수있는 전기 재료를 지칭한다 일반적으로 위상 전이 온도t_Ct_CFerroelectricity는 다음과 같습니다 전기장에 의해 역전 될 때까지 편광이 유지되는 특성은 비 휘발성 메모리로 사용될 수 있습니다 편광 반전은 결정 격자의 변형을 포함하며, 재료의 많은 예는 전기/기계적 에너지의 우수한 상호 변환 특성을 갖는다[참조로 돌아 가기]

◆ 분자 화합물

수소 결합 또는 전하 전달 상호 작용 (분자 사이의 전자 교환을 통한 상호 작용)을 통해 2 개 이상의 안정적인 분자를 직접 결합함으로써 형성된 화합물[참조로 돌아 가기]

◆ 편광 (유전체 편광, 전기 편광)

전기장이 절연체 (유전체)에 적용되면 물체 내부의 전하가 전기장을 취소하려는 시도로 이동하여 전하 분포에서 바이어스가 발생하여 물체의 표면이 충전됩니다 편광은 단위 부피당 쌍극자 모멘트로 정의 된 물체에서 전하의 공간 분포에서 바이어스의 정도를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

◆ 위상 전이

온도 및 얼음으로의 압력 변화와 같은 외부 매개 변수가 나타나거나 자발적 분극이 나타나는 경우와 같은 외부 매개 변수가 나타나고 바카라 사이트전성이있는 상태로 변하는 것과 같은 다른 순서의 두 상태가 서로 다른 순서 상태로 이동하는 현상[참조로 돌아 가기]

◆ 전기 쌍극자 (쌍극자 모멘트)

마이크로 거리l충전 ±Q전기 쌍극자라고 불리는 양수 및 부정적인 쌍입니다 µ =QL의 크기를 갖는 벡터의 양 마이너스에서 양성으로 방향으로 정의 된 쌍극자 모멘트라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 극 분자 (극 분자)

자연 상태, 즉 영구적 인 쌍극자에 전기 쌍극자가있는 분자 극성 결합을 갖는 분자들 사이에서, 각 결합의 쌍극자 모멘트가 메탄과 같은 분자의 대칭에 의해 취소 될 때, 물, 메탄올 또는 암모니아와 같이 취소되지 않으면 극성 분자가된다 액체를 구성하는 분자가 극성 또는 비극성인지 여부는 유전 상수를 측정함으로써 결정될 수있다 고체 상태에서, 자발적 분극은 서로 쌍극자 모멘트를 상쇄하지 않고 각 극성 분자를 배열 할 수있을 때만 발생합니다 또한, 전기장에 따라 극성 분자 자체 또는 그 치환기를 회전시킴으로써 자발적 분극의 방향이 역전 될 수 있다면, 이는 바카라 사이트전성 물질이된다[참조로 돌아 가기]

◆ 주문 부서 유형, 변위 유형

바카라 사이트전체의 자발적 분극의 마이크로 오리핀은 결정 격자가 왜곡되고 원자, 이온 및 분자가 위치를 변화시키는 유형이다 (예를 들어 변위 유형, 예를 들어 바륨 티타 네이트 (BATIO₃)) 또는 극성 비대칭 분자 또는 이온이 지저분한 상태에서 주문 될 때 발생하는 유형 (예 : 순서 대상 유형, 예를 들어 나트륨 아질산염 나노₂)가 알려져 있습니다 (그림 1 참조)[참조로 돌아 가기]

◆ Charge Transfer Complex

전자 ​​공여체 분자 및 수용체 분자로 구성된 분자 화합물의 유형 복합체의 형성은 전자 전달 및 수신에 기초한 상호 작용을 통해 발생하며, 중성 유형 ( "분자 결정") 및 이온 성 유형 ( "이온 결정")은 전자 전달 및 수신 정도에 따라 발견된다 π- 전자 기반 전하 전달 복합체는 특히 유기 반도체, 유기 초전도체 및 분자 자기 물질의 재료로 잘 알려져 있으며 적극적으로 연구되었습니다[참조로 돌아 가기]