東大、見る方向や光の偏光方向によって色が変化する物質の合成に成功

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東京大学は2017年7月18日、見る方向や入射する光の偏光方向によって色が変化する新物質の合成に成功したと発表した。

新物質はレニウム(Re)を含む物質(Ca3ReO5Cl2)で、見る方向によって色が緑からオレンジに変化し、さらに光の偏光によって赤、黄、緑の3つの全く異なる色を示す。

レニウムなどの遷移金属では、特有のd電子がよりエネルギーの高い状態に励起される時に光を吸収することで色を示す。今回、光学測定や理論計算行った結果、入射する光の偏光によって吸収されるエネルギーが異なるために色の変化が現れることを発見した。さらにこのような性質は、レニウムの周辺に酸化物イオンと塩化物イオンの2種類の陰イオンが存在することで発生することも分かった。

宝石のような無機化合物の多くは、今回の物質と同じように、電子がよりエネルギーの高い軌道に励起される際に特定のエネルギーを持つ光を吸収することで発色する。このような性質を持つ物質の中でも原子番号の小さい3d遷移金属化合物は比較的種類が多く、さまざまな色に発色する顔料などに使用されてきた。

しかし、より原子番号の大きな4dやレニウムなどの5d遷移金属元素の化合物はこれまで研究例が少なく、機能性などの開拓が進んでいなかった。これらの物質は、電子の磁性に着目した高機能エレクトロニクス素子の開発であるスピントロニクス分野などでの活用に注目が集まっていた。

同研究で得られた知見は今後、より強い色の変化や異なる色の変化を示す物質の開発へ指針を与えるという。また、5d電子は磁性を示すために、磁場による色の制御などへの展開も期待されるという。

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