光子と電子の狭間で～有機物の狭い空間に閉じ込められた不思議な粒子の振舞い～

2025-10-01 愛媛大学

愛媛大学大学院理工学研究科の内藤俊雄教授らの研究グループは、有機分子を用いて通常の物質には存在しない特殊な電子「ディラック電子」を実現することに成功した。この電子は質量が通常の電子の約1/10に見えるほど軽く、物質中を高速で移動し、光に似た振る舞いを示す。また厚さ2nm未満の平面内に閉じ込められていることも特徴であり、有機物中で観測されたのは初めてである。従来の金属とは異なる電気・磁気特性を持つと予想され、省電力かつ超高速の情報処理を可能にする新しいコンピュータ素子応用が期待される。成果は国際結晶学会誌 Acta Crystallographica Section C に掲載されている。

本研究のイメージ図
本研究で実現した不思議な電子の振舞は、アインシュタインの有名な相対性理論で説明されます。次元や時間が絡ん
だ抽象的な世界観が、現実の物質中の電子の振舞と結びつく点に自然界の奥深さを感じます。

＜関連情報＞

直線型金（I）錯体を用いた有機ディラック電子系関連物質
Compounds related to organic Dirac electron systems (ODES) using linear gold(I) complex anions

Shoma Yamamoto and Toshio Naito
Structural Chemistry Published:2025
DOI：https://doi.org/10.1107/S2053229625008204

Bis[bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene(0.5+)] dibromidoaurate(I) and its chloride analogue, (C10H8S4Se4)2[AuX2] or BETS2AuX2 (X = Cl and Br), were synthesized to examine their crystal and band structures. The crystal structures are new in that they have both structural features of different types of organic Dirac electron systems (ODES), i.e. α- and α′-type iodine-centred trihalide (IX2−) salts of BETS-related electron-donor molecules. The former often produces zero-gap semiconductors, while the latter is related to nodal-line semimetals, i.e. classes of ODES different from each other. The band structure calculation suggests that BETS2AuX2 are close to zero-gap semiconductors, indicating that the α-type structural feature governs the band structures in these salts. Although the dimensions and geometries of the constituents are close to each other between BETS2IX2 and BETS2AuX2, the strength of the BETS–anion interaction resulted in a difference in the crystal structures between the α- and α′-type molecular arrangements. Our findings show that the crystal and band structures are affected by the electronic states of the constituents sometimes more than one would expect based on their geometrical features