ぐるぐる回る分子の“向き”と“形”を制御した電気応答を実現 ~従来より高密度に情報記憶できる素子への応用に期待~

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2025-05-23 東北大学,金沢大学,科学技術振興機構

2025年5月25日、東北大学と金沢大学の研究チームは、科学技術振興機構(JST)と共同で、柔粘性結晶における新たな電気応答現象を発見しました。この物質は、固体のような形状を保ちながら、内部の分子が液体のように回転する特性を持ちます。研究では、電気を加えることで分子の「向き」と「形」を制御し、その状態を保持できることが明らかになりました。これは、従来の強誘電体とは異なる新しいタイプの機能性材料であり、初めての発見です。この特性を利用することで、「0」と「1」だけでなく、「2」や「3」といった複数の情報を記憶できる「多値メモリー」の実現が期待されます。また、新しいタイプのセンサーやスイッチの開発にも貢献する可能性があります。この成果は、米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。研究は、JSTの戦略的創造研究推進事業ACT-Xなどの支援を受けて実施されました。

ぐるぐる回る分子の“向き”と“形”を制御した電気応答を実現 ~従来より高密度に情報記憶できる素子への応用に期待~
柔粘性結晶のイメージ:トランス型からゴーシュ型に形を変えるスクシノニトリル

<関連情報>

プラスチック結晶性コハク酸ニトリルにおける強誘電的分極スイッチング Ferroelectric-like Polarization Switching in Plastic Crystalline Succinonitrile

Nozomi Onodera,Shun Dekura,Tetsu Sato,Miyu Mashiko,Takuya Kurihara,Motohiro Mizuno,and Tomoyuki Akutagawa
Journal of the American Chemical Society  Published: May 25, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c04778

Abstract

An intermediate state of the plastic crystal (PC) phase between solid and liquid has attracted much attention due to its potential applications for ionic conductors, ferroelectrics, and barocaloric materials. In general, it has been considered difficult to maintain a polarized orientation state in the PC phase due to the loss of orientational order caused by the isotropic rotation of molecules. In this study, we succeeded in realizing a unique polarized orientation state in the PC phase of sucinonitrile (SN), which exhibits hysteresis in the polarization–electric field (PE) curve. In the PC phase, the trans and gauche conformations coexist, and the conformation and orientation of the molecules change in response to an external electric field. Interestingly, the polarization state in the PC phase relaxes upon removal of the electric field and does not exhibit the nonvolatile memory effects seen in conventional ferroelectrics. However, two different polarization mechanisms emerge due to the molecular orientational and conformational degrees of freedom. As a result, a characteristic double PE hysteresis behavior with two different coercive fields, which is not observed in conventional ferroelectrics, is observed. This result provides an important guideline for the design of organic materials for the realization of next-generation multilevel memory.

1600情報工学一般
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