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世界初!光スイッチング効果を示す超イオン伝導体を発見

2020/03/17

東京大学大学院理学系研究科 大越慎一教授と筑波大学数理物質系 所裕子教授の研究グループは、光スイッチング効果を示す超イオン伝導性極性結晶を発見しました。この結晶は鉄-モリブデンシアノ骨格錯体にセシウムイオンを含んだ3次元ネットワークで構成される極性結晶構造の物質です。この物質は318 K (45 °C)において4 × 10−3 S cm−1 という高いイオン伝導度を示し、超イオン伝導体であることがわかりました。この物質に、室温において532 nmの光を照射したところ、イオン伝導性が1×10−3 S cm−1 から 6×10−5 S cm−1へ可逆的に変化し、イオン伝導性の光スイッチング効果が観測されました。また、自発電気分極により第二高調波発生(SHG)を示す超イオン伝導体でした。このようなSHG活性な超イオン伝導体はこれまでに報告されていません。光応答性および SHG活性を示す超イオン伝導体はこれまでに例のない物質であり、燃料電池の電解質の機能提案につながることが期待されます。光でイオン伝導度がスイッチングできる本物質の性質を使えば、将来、電池のON/OFFを光で行うことができるようになると期待されます。

図 本研究で開発した鉄-モリブデンシアノ骨格錯体にセシウムイオンを含んだ3次元ネットワークの(a)結晶構造、および、(b) 試料の外観。(c)電気分極の様子。鉄-モリブデンシアノ骨格内におけるセシウムイオンの配置を示しており、矢印で示したように自発電気分極を有する。(d) 一次元水素結合ネットワークによるプロトン伝導チャンネル。

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