市大知材06年度生のコミュコミュの仮

電荷移動錯体（でんかいどうさくたい）とは、2種類以上の分子からなる分子間化合物のうち、電荷移動相互作用を有するものである。たとえば、電子供与性の分子と電子受容性の分子を混合した場合に、電子供与性分子から電子受容性分子に部分的な電荷移動が起こり、その結果として電荷を帯びた分子同士が軌道相互作用や静電相互作用などの引力によって錯体を形成する。
溶液中では特徴的な電荷移動吸収帯を示したり、電荷移動発光などの現象が観測されることがある。また、光励起状態において電荷移動錯体を形成する場合には元来の蛍光や燐光を失活させることもある。
電荷移動錯体結晶は、構造的な興味もさることながら、導電性有機結晶という一分野を形成しており、有機分子でありながら電気伝導性や超伝導性を有するものがある。最も代表的なものはテトラチアフルバレン-テトラシアノキノジメタン(TTF-TCNQ)錯体である。


実験目的

電荷移動錯体は、人工的に電子をならべてつくったようなより純粋な、低次元強相関電子系を与えていて、分子修飾などの化学的な手法や圧力印加などの物理的な手法で、電子状態を容易に制御することができる利点を持つということです。たとえば、最近注目されているの現象の一つに、電荷秩序状態というものがありますが、このような状態は、そもそも、有機伝導体のバンド幅（運動エネルギー）が狭い（小さい）ことに起因しているわけです。したがって、電荷秩序状態は当然、圧力に大きく依存し、ある物質については、圧力印加により、電子の結晶を溶かす、すなわち金属化することが実現されています。また、同様なことは、物理的圧力の代わりに化学的圧力によっても、制御できるでしょう。このように、電子の結晶を、狭いバンド幅を持たせることによって実現させ、それをバンド幅を広げて融解させたという事実は、この分野での大きな功績でしょう。さらにいろいろな条件をしぼり、電子の結晶を自由に操れつつあるのではないでしょうか。

電荷移動錯体の物理的特徴
電荷移動錯体の第一の特徴は、結晶構造が極めて複雑であるにもかかわらず、伝導機構を理解する上で重要であるバンド構造が単純であることが挙げられます。これは、多くの構成原子を含み、複雑な結晶構造をとるこの物質において、分子を「分子軌道を持つ一つの大きな原子」であるとして考える考え方が有効であることに起因します。すなわち、この物質のバンド構造を理解するためには、原子の波動関数を結合させて作った分子の波動関数のみを考えればよく、これを基にしたバンド構造は単純な構造になるわけです。例えば、これらの物質がシングルバンドを持つことも重要な特徴です。電荷移動錯体の以上のような特徴は、得られた現象を理論的に理解する際には、大きなアドバンテージとなります。
また、同時に、別の特徴として、電荷移動錯体の特徴的な（分子軌道の形と）結晶構造に由来する電子系の低次元性が挙げられます。低次元電子系においては、例えば、一次元電子系で出現していると考えられている朝永―ラッティンジャー流体といった特殊な電子状態や、二次元の電子系（又はスピン系）の特徴であるコスタリッツ−サウレス転移など、その次元に特有な異常な電子状態が出現するだけでなく、後に紹介する種々の相互作用がより効果的になるという特徴があります。低次元電子系は、相互作用と組み合わさった場合、多種多様な電子状態をとるため物理現象の宝庫と言えます。
最後に有機結晶のもうひとつの特徴を述べます。有機結晶は、物質の種類や物理条件に依存して、金属的な挙動を示したり、絶縁体的な挙動を示したりしますが、例え金属的であっても、多くの場合、古典的無機物の金属とは、その性質が全くことなります。乱暴な言い方かもしれませんが、これらの金属は、本来絶縁体固有の性質を強く残したまま金属状態となっているわけです。別の言い方をすると、ほとんどの有機金属は、その近傍に相互作用によって絶縁化している絶縁相が存在するわけであり、そのような金属状態においては、電子電子相互作用、電子格子相互作用、磁気的ゆらぎなどが大きく、外場を変化させると、それらに由来する相転移やクロスオーバーを起こしてしまうわけです。実は、超伝導もこれらの代表例であるわけですが、なぜ、絶縁体固有の性質と超伝導が関係あるについては、次の章で説明いたします。
電荷移動錯体の多様性
有機物質が超伝導分野でなぜ今後も発展が期待されるかについて説明します。まず第一に物質の多様性があげられます。超伝導物質に限らず、無機物は、その基本単位を300種類程度の原子としています。一方、有機物の基本単位は、（すべてのものが要求を満たすわけではありませんが）何百万種類の分子です。したがって、それらを選定し組み合わせた有機結晶は、無限の多様性があるわけです。このことからも、有機物質における物質開発に将来性を感じるの当然のことです。
電荷移動錯体の化学的操作性
電荷移動錯体は、有機分子を最小単位として考えることができるということを説明しましたが、有機分子は、言うまでもないことですが人工的に造られたものです。この分子を作るという操作は、無機物質においては、原子をつくることに対応しますが、当然ながら、このようなことはできないわけであり、「分子をつくりそれを電荷移動錯体にはめ込むことができる」という操作性は、有機物質の大きな利点です。例えば、ある物質が、絶縁体であったが、もう少し分子軌道を広げて金属的にしたいと思ったときには、そういう機能を持った有機分子を作り出せばいいわけです。また、ある種の配位子間の相互作用などを使って、能動的に結晶構造を制御し、物性をも制御した成功例もあります。もちろん、このようなことは「言うは易し」であり、実際には、多大な困難がありますが、原理的には、こういった操作性があるわけですし、成功例も多く存在します。
電荷移動錯体の物理的操作性
　以上は化学的操作性が優れていることを説明しました。一方で、電荷移動錯体は、物理的にも操作性に優れています。特に、圧力を印加するという物理操作に対して、敏感に反応を示してくれます。これは、電荷移動錯体の構成分子において、分子内では共有結合により強く結合しているのに対し、分子どうしの結合は、ほとんどファンデルワールス力で凝集していると見なせるぐらい弱いためです。実際に、圧縮率は、無機物の一桁程度の大きさで、圧力によって、物性がめまぐるしく変化します。さらに、重要な点として、分子には、ほとんど板状であるという形を持つため、圧縮する方向に強く依存したかたちで、物性が変化することがよく見られます。近年、このような特徴に注目し、電荷移動錯体に一軸応力をかけて、物性を制御するという実験が活発に行われ、非常に多くの成果が得られています。以上のように、電荷移動錯体への圧力印加は、物理現象を理解するうえでの、非常に有力な手段です。
酸化還元電位（さんかかんげんでんい、ORP（=Oxidation Reduction Potential））とは、ある系における電子のやり取りの際に発生する電位のことである。物質の電子の放出しやすさ、あるいは受け取りやすさを定量的に評価する尺度でもある。単位はボルト(V)を用い、電位の基準には以下の反応を用いる。
• H2　⇔　2H+ + 2e-
つまり水素ガス分圧1気圧、プロトン濃度1モル時の電位を0とする。この反応を基準とし、任意の物質、分圧1気圧、濃度1モル時の電位を測定したものがその物質の標準酸化還元電位（ひょうじゅん-）と呼ぶ。
なお基準として用いた標準水素電極(SHE)はpH0であり生化学ではこうした極限状態の値では参考にならないためにpH7で電位差を求める中間酸化還元電位（ちゅうかん-、中点とも表記することがある）を用いるが、単に酸化還元電位と略することが多い。







実験目的

電子の移動するのに必要な電位
電子が移動したら性質が変わる

EitとEの関係についてのグラフ
EIT→波長のピークから求めるエネルギー値
E→平均の波長から取ったエネルギー値
ワタナベの予想→直線的になるのでは？