JST 과제해결형 기초연구의 일환으로서, 동북대학 다원물질 과학연구소의 코메다 타다히로(米田忠弘) 교수와 동북대학 대학원 이학연구과의 야마시타 마사히로(山下正廣) 교수진은 하나의 분자에서 자석의 성질을 보이는 단분자 자석을 이용하여, 단분자 단위에서 자석을 온오프 하는 것에 성공하였습니다.

단일 스핀은 자성재료의 기본구성 단위이며, 최소의 자석이라고 여겨지고 있습니다. 정보 처리에 빼놓을 수 없는 자기기억 매체 등이 기술의 진보에 따라 소형화되고 있는 가운데, 단일 스핀을 이용한 지극히 고밀도의 기록에 주목되고 있습니다. 최근에는 분자를 재료로 이용하는 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 분자 일렉트로닉스와 연계하여 자성제어에 의한 전류제어를 행하는 분자 스핀 일렉트로닉스, 혹은 단분자 메모리가 제창되고 있습니다. 하나의 분자만으로 자석의 성질을 띄는 단분자 자석은, 이러한 스핀 소자의 재료로서 최적인 분자의 하나로서 단일분자로 자성을 제어한 예는 아직 없습니다.

본 연구에서는 단분자 자석인 테르븀(terbium) 프탈로시아닌(phthalocyanine) 착체 분자를 이용하여, 단분자의 자석을 온오프 시키는 것이 가능하다는 사실을 보였습니다. 이 분자는 평면형의 프탈로시아닌(phthalocyanine) 배위자(Pc) 2장이 서로 마주보도록 겹쳐져서, 하나의 테르븀(Tb) 금속 원자를 사이에 끼워 넣은 구조(TbPc2)를 하고 있습니다. 이번에, 이것에 전류를 흘려보내 마주하고 있는 배위자를 빙글 회전시키는 수법을 개발하여, 2장의 배위자의 상대각도를 제어함으로써 분자 자석을 온오프 시키는 것에 성공하였습니다.

이 성과는, 전류에 의한 분자의 구조변화를 이용한 단일 분자의 스핀조작 수법을 보여준것으로서, 이후 단일분자 메모리로의 응용이 기대됩니다. 단분자 자석은, 하나의 분자가 1개의 메모리로서 작용한다고 하면, 1mol로 6×1023비트의 메모리(한쪽면 1층 DVD 디스크의 15조배)가 되어, 지극히 고밀도의 기록으로 이어질 것이 기대됩니다.

본 연구 성과는, 2011년 3월 1일(영국 시간)에 영국 온라인 과학잡지「Nature Communications」에서 공개됩니다.

상세(발표문 본문) 

<문의처>

 <연구에 관한 것> 　

 코메다 타다히로(米田忠弘) 　　

 동북대학 다원물질과학 연구소 교수

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  <JST에 관한 것>

 나가타 나오키(長田直樹)

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