(57)【要約】【課題】  一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子及び一次元多層有機金属錯体に関し、室温以上でもナノ磁性材料と成り得る分子磁石を提供する。【解決手段】  ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子２と、ｎ＋１個のベンゼン或いはベンゼン誘導体のいずれかからなる配位子３とを一次元状に交互に積み重ねた一次元多層有機金属錯体１を磁気素子として用いる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子と、ｎ＋１個のベンゼン或いはベンゼン誘導体のいずれかからなる配位子とを一次元状に交互に積み重ねた一次元多層有機金属錯体を磁気素子として用いたことを特徴とする一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子。
【請求項２】
上記ベンゼン誘導体における置換基が、アルキル基であることを特徴とする請求項１記載の一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子。
【請求項３】
上記ベンゼン誘導体が、重水素置換ベンゼン、トルエン、メシチレン、或いは、１，３，５−トリイソプロピルベンゼンのいずれかであることを特徴とする請求項２記載の一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子を、ｎの値毎に区分して基板上に集積させたことを特徴とする一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子。
【請求項５】
ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子と、ｎ＋１個のベンゼン誘導体からなる配位子とを一次元状に交互に積み重ねたことを特徴とする一次元多層有機金属錯体。
【請求項６】
上記ベンゼン誘導体が、１，３，５−トリイソプロピルベンゼンであることを特徴とする請求項５記載の一次元多層有機金属錯体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子及び一次元多層有機金属錯体に関するものであり、特に、ナノサイズのクラスターにおける低次元構造の異方性に基づく磁性の発現を利用した有機金属錯体ナノ磁気素子及びこのようなナノ磁気素子を構成する有機金属錯体の熱的安定性を著しく向上させたことを特徴とする一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子及び一次元多層有機金属錯体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、分子磁石は新規な特性を有するために、高密度記憶媒体或いは量子コンピュータ等への応用が期待されており、Ｍｎ12Ｏ12（ＯＡｃ）16（Ｈ2 Ｏ）4 や〔Ｆｅ8 Ｏ2 （ＯＨ）12（ｔａｃｎ）6 〕+8のように、遷移金属イオンが配位子等により囲まれたクラスター錯体が研究対象となっていた。
【０００３】
これらのクラスター錯体は、その小さいサイズの故に通常の微小磁気システムでは見られない共鳴磁化トンネル現象等の新規な振る舞いをすることが知られている。
【０００４】
また、単一磁区磁石としては、Ｎｉn やＦｅn （ｎ＝１０1 −１０3 ）等の金属クラスターも知られており、通常のバルク状態におけるより単位原子当たり強い磁気モーメントを示すことが知られている。
【０００５】
この様な分子磁石等の新規な特性を有するナノクラスターについては、さらに新規な構造及び特性を有する化合物・錯体の研究がなされているが、この様な研究の中で、気相中でレーザー蒸発法を用いて生成される一次元多層有機金属複合クラスターは、その低次元の異方性に基づく電子物性の発現とその電子スピン制御の観点から大変興味深いものとして注目を集めている。
【０００６】
このようなクラスターの特性を活かした素子や材料への展開を考えた場合、それらを固体表面上に非破壊的に大量に堆積しその物性を評価することが必要となる。
【０００７】
本発明者は、これまで、バナジウム（Ｖ）原子とベンゼン（Ｂｚ）分子とが交互に積層して構成される一次元多層サンドイッチクラスターＶn （Ｂｚ）n+1 （ｎ＝１，２）を数十Ｋ程度に冷却された固体表面上に非破壊的に大量に堆積することに成功した（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−０６９０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、基板表面に堆積されたＶn （Ｂｚ）n+1 は基板の温度が〜２５０Ｋ以上になると容易に解離してしまい、固体表面上で安定に存在することができなくなり、室温における用途に適用できなくなるという問題がある。
【０００９】
また、これらの一次元多層有機金属複合クラスター、即ち、一次元多層有機金属錯体に関しては新規な特性が期待されているが、具体的な機能性物質としての材料化が行われていないのが現状である。
【００１０】
また、従来の金属クラスターから構成されるナノ磁石においては、室温において磁性を示す分子磁石は知られておらず、室温においてナノ磁石を構成することができないという問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、一次元多層有機金属錯体の有する低次元の異方性に基づく特性を確認すると同時に、熱的安定性を飛躍的に向上させることによって、室温以上でもナノ磁性材料となりえる分子磁石を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）上記課題を解決するために、本発明は、一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子において、ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子２と、ｎ＋１個のベンゼン或いはベンゼン誘導体のいずれかからなる配位子３とを一次元状に交互に積み重ねた一次元多層有機金属錯体１を磁気素子として用いたことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、鋭意研究の結果、ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子２と、ｎ＋１個のベンゼン或いはベンゼン誘導体のいずれかからなる配位子３とを一次元状に交互に積み重ねた一次元多層有機金属錯体１が磁気モーメントを有することを発見し、この一次元多層有機金属錯体１の用途としてナノ磁石等のナノ磁気素子を見いだしたものであり、このナノ磁気素子は、将来の超小型磁気記憶装置或いは量子コンピュータの基本構成素子として有望である。
【００１４】
この場合、Ｖn （ａｒｅｎｅ）n+1 （但し、ａｒｅｎｅ＝ベンゼン或いはベンゼン誘導体）は、１７電子系を構成し、Ｖ原子２からの孤立ｄ電子がＶ原子２の非結合性軌道ｄσに収容されて磁性を示すと考えられ、従来のナノ磁石が室温以下の低温において磁性を示していたのに対して、本発明の一次元多層有機金属錯体１の場合には、２９５Ｋ等の室温近傍においても磁性を示すことが確認された。
【００１５】
特に、ｎが偶数の場合、１７の偶数倍の電子系となり、孤立ｄ電子のスピン４が直接相互作用して互いに反平行の場合にはスピン４が相殺されて磁性が現れないが、鋭意研究の結果、ｎが偶数の場合には、配位子３を介して相互作用することによって、配位子３の位置で電子のスピン４が反平行となり、Ｖ原子２からの孤立ｄ電子のスピン４は互いに平行になって強磁性特性を示すことが見いだされ、磁化の大きさは層数、即ち、Ｖ原子２の数に比例する。
【００１６】
（２）また、本発明は、上記（１）において、ベンゼン誘導体における置換基が、アルキル基であることを特徴とする。
【００１７】
この様に、ベンゼン誘導体における置換基が、アルキル基とすることによって、ベンゼンより熱的に安定で、且つ、化学的にも安定な一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子を可能にすることができる。
【００１８】
（３）また、本発明は、上記（２）において、ベンゼン誘導体が、重水素置換ベンゼン、トルエン、メシチレン（即ち、１，３，５−トリメチルベンゼン）、或いは、１，３，５−トリイソプロピルベンゼンのいずれかであることを特徴とする。
【００１９】
この様に、ベンゼン誘導体としては、各種のベンゼン誘導体の内、Ｈを重水素Ｄで置換した重水素置換ベンゼン、１個のＨをＣＨ3 基（メチル基）で置換したトルエン、３個のＨをＣＨ3 基で置換したメシチレン、或いは、３個のＨをイソプロピル基で置換した１，３，５−トリイソプロピルベンゼンが典型的なものであり、置換基の分子量が大きくなるほど嵩高い分子構造となり、温度に対して安定になる。
【００２０】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子を、ｎの値毎に区分して基板上に集積させたことを特徴とする。
【００２１】
一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子は、結合性軌道ｄδに収容された電子が、分子の結合長に応じた波長の光を吸収して電子のスピン反転を起こす光磁気効果を示すので、一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子を、ｎの値毎に区分して基板上に集積することによって、特定の波長の光を照射して、特定のｎの値の一次元多層有機金属錯体ナノ磁気素子のみに情報を記憶させることができる。
【００２２】
（５）また、本発明は、一次元多層有機金属錯体１において、ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子２と、ｎ＋１個のベンゼン誘導体からなる配位子３とを一次元状に交互に積み重ねたことを特徴とする。
【００２３】
この様に、本発明者は、配位子３としてベンゼンの代わりにベンゼン誘導体を用いることによって、Ｖn （Ｂｚ）n+1 より温度に対して安定な新規な一次元多層有機金属錯体１を提供するものであり、配位子３の分子量が大きいほど熱的に安定になる。
【００２４】
（６）また、本発明は、上記（５）において、ベンゼン誘導体が、１，３，５−トリイソプロピルベンゼンであることを特徴とする。
【００２５】
この様に、ベンゼン誘導体として１，３，５−トリイソプロピルベンゼンを用いることによって、基板からの脱離しきい温度を３７０Ｋ程度に飛躍的に向上することができ、ベンゼン（基板からの脱離しきい温度≒２４５Ｋ）に比べて極めて熱的に安定になるので、室温で使用する超小型磁気記憶装置或いは量子コンピュータの材料として好適になる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子と、ｎ＋１個のベンゼン或いはベンゼン誘導体のいずれかからなる配位子とを一次元状に交互に積み重ねた一次元多層有機金属錯体を用いることにより室温でも磁性を失わないナノ磁石等のナノ磁気素子を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、ｎ個（但しｎは１以上の整数）のＶ原子と、ｎ＋１個のベンゼン或いはベンゼン誘導体のいずれかからなる配位子とを一次元状に交互に積み重ねた一次元多層有機金属錯体が室温（２９５〜２９７Ｋ）において磁性を有することを見いだして、ナノ磁石等のナノ磁気素子としたものである。
【００２８】
また、配位子として、ベンゼン誘導体を用いた場合においても、配位子としてベンゼンを用いた場合と同じ大きさの磁化を得ることができることを確認するとともに、熱的により安定な一次元多層有機金属錯体が得られることを見いだしたものであり、特に、配位子として３個のＨをイソプロピル基で置換した１，３，５−トリイソプロピルベンゼンを用いた場合には、基板からの脱離しきい温度を３７０Ｋ程度に飛躍的に向上することができる。
【実施例１】
【００２９】
ここで、図２乃至図８を参照して、本発明の実施例１の一次元多層有機金属錯体の製造方法及び質量・磁化の測定方法を説明する。
図２参照  
図２は、本発明の実施例１の一次元多層有機金属錯体の製造装置兼質量・磁化測定装置の概略的構成図であり、クラスター製造部１０、磁気分離部２０、及び、測定部３０から構成される。
【００３０】
この場合のクラスター製造部１０は、例えば、１００〜３００Ｋに温度制御されたブロック１１中にＨｅキャリアガス１２を流し、バナジウム金属棒１３をＮｄ3+：ＹＡＧレーザ１４の第２高調波（５３２ｎｍ）によりパルスレーザ蒸発させてＶ金属蒸気としてフローチューブ１５中に導入するとともに、フローチューブ１５の下流側にＨｅガスにドープした配位子蒸気、例えば、ベンゼン（Ｃ6 Ｈ6 ），重ベンゼン（Ｃ6 Ｄ6 ），トルエン，メシチレン，トリイソピルベンゼンからなる配位子蒸気１６を導入し、Ｖ金属蒸気と反応させてＶn （ａｒｅｎｅ）m 構造の多層サンドイッチクラスターを生成させてクラスタービーム１７とする。
なお、この場合のＮｄ3+：ＹＡＧレーザ１４のパルス出力は、〜３０ｍＪ／パルスで２５Ｈｚとする。
【００３１】
生成したクラスタービーム１７は、フローチューブ１５中に４ミリ秒滞在するので、６０Ｋ〜３００Ｋの間で任意に設定されるフローチューブ１５の温度と平衡状態となる。
【００３２】
図３乃至図５参照  
この場合、Ｖn （ａｒｅｎｅ）m におけるｎとｍは各種の組合せが存在するが、測定の結果、図３乃至図５に示すように、ｍ＝ｎ＋１、即ち、バナジウム原子より配位子が１つ多い組成のクラスターが主に生成し、ｍ＝ｎ＋１のクラスターが主であることは６０Ｋ〜３００Ｋの範囲では変わらなかった。
なお、図３は配位子がベンゼンの場合、図４は配位子が重ベンゼンの場合、図５は配位子がメシチレンの場合の各クラスターの光イオン化質量スペクトルを各々示している。
【００３３】
次いで、生成したクラスタービーム１７を真空チャンバー内に構成される磁気分離部２０において、フローチューブ１５の出口側に設けた、例えば、直径が１．５ｍｍのノズル２１を介して真空中に導入して拡げたのち、スキマー２２で切り出し、次いで、Ｓｔｅｒｎ−Ｇｅｒｌａｃｈ型電磁石２３により生じさせた不均一磁場中（磁場勾配∂Ｂ／∂ｚ＝０〜２１０Ｔｍ-1）を通過させると、ゼーマン効果によって、各多層サンドイッチクラスターが有するスピン磁気モーメントに応じてｚ方向（図における縦方向）に分離したビームレットが形成される。
なお、ここでは便宜上２本のビームレット１８，１９として表す。
【００３４】
このＳｔｅｒｎ−Ｇｅｒｌａｃｈ型電磁石２３は、例えば、長さが３０．５ｃｍで、ギャップ幅が〜１ｃｍで、１．２Ｔまでの磁場を発生することができるとともに、ギャップの中央における磁場勾配∂Ｂ／∂ｚを２１０Ｔ／ｍまでに設定することができる。
【００３５】
次いで、分離させたビームレット１８，１９を再びスキマー２４を介して取り出したのち、Ｓｔｅｒｎ−Ｇｅｒｌａｃｈ型電磁石２３から、例えば、０．９ｍ下流に設けた測定部３０においてＡｒＦレーザ３１を照射することによって光イオン化し、光イオン化したビームレット１８，１９をＰＳＴＯＦ（位置敏感型飛行時間型質量分析計）３２により検出するものであり、この手法ではレーザーショット毎に、ＴＯＦスペクトル上の時間差として一連のクラスターの磁場勾配による偏向を同時に計測することができる。
【００３６】
即ち、分離させたビームレット１８，１９は、接地された接地電極３３と開口部を有するとともに負電圧が印加された加速電極３４との間でｚ方向に加速されるが、各ビームレット１８，１９を構成する多層サンドイッチクラスターの層数、即ち、ｎの値によってＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）３５への到達時間が異なることになり、得られたＴＯＦ積算スペクトルにおいて、異なる位置にピークが現れる。
【００３７】
また、ｎの値が同じであっても、ｄ電子のスピンの方向が異なる場合には異なったビームレットとなり、異なった到達時間となるが、ここでは、得られたＴＯＦ積算スペクトルに含まれる各クラスターのピークに対し、磁場勾配によるピーク形状の拡がりを、ビームが２Ｓ＋１本（Ｓはスピン量子数）のビームレットに等間隔に分かれたとして解析する。  
【００３８】
そして、ＴＯＦ積算スペクトルから求めたビームレットの間隔ｄの磁場勾配依存性から多層サンドイッチクラスターの磁気モーメントの磁場方向への射影成分μz を算出する。  なお、磁気モーメントの絶対値は、同じ装置で行ったＥｕ原子およびＰｒ原子の磁場偏向測定結果と理論値の比較により校正した。
【００３９】
なお、不均一磁場∂Ｂ／∂ｚを印加した場合のビームレットのｚ方向の偏向±ｚmsは、Ｍをクラスターの質量、ｖをクラスターの速度、ｇをランデのｇ係数、μB をボーア磁子（＝９．２７３×１０-24 Ｊ・Ｔ-1）、ｍs を磁気量子数、Ｃを装置の幾何係数とした場合、
ｚms＝Ｃ×（ｇ・ｍs ・μB ／Ｍ・ｖ2 ）（∂Ｂ／∂ｚ）
で表される。
【００４０】
また、その場合の磁気モーメントの磁場方向への射影成分μz は、Ｓをスピン量子数とした場合、
μzi＝ｇｍs ，ｍs ＝−Ｓ，−Ｓ＋１，・・・Ｓ−１，Ｓ
となり、最大の磁気モーメントμz は、μz ＝±ｇ・Ｓとなる。
【００４１】
図６参照  
図６は、ｎ＝１のＶ（Ｃ6 Ｈ6 ）2 のＴＯＦピーク形状の磁場勾配依存性の説明図であり、磁場勾配が０の場合と∂Ｂ／∂ｚ＝１９２Ｔ／ｍの場合を示しており、磁場勾配をかけることによってピークが左右に拡がった。
【００４２】
Ｖ（Ｃ6 Ｈ6 ）2 の基底状態2s+1Ａ1gは、Ｓ＝１／２であるので 2Ａ1gとなり、磁場勾配∂Ｂ／∂ｚによってｍs ＝−１／２とｍs ＝＋１／２の２本のビームレットに分かれるとして解析を行い、その変位ｄの大きさから磁気モーメントの磁場方向への射影成分μz は、
μz ＝（０．８５±０．１０）μB （ａｔ  １５１Ｋ）
μz ＝（０．８２±０．２０）μB （ａｔ  ２９６Ｋ）
として得られた。
【００４３】
これらのμz の値は、ｇ≒２と仮定した場合のスピンのみの磁気モーメントμz 〔＝ｇｍs ＝ｇ×１／２≒１．０μB 〕の値とずれているが、分子内でスピンＳが軌道角運動量Ｌと相互作用して起こるスピン反転の影響と考えられる。
【００４４】
この磁気モーメントの大きさは、クラスター生成部の温度を１０５〜２９５Ｋの範囲で変化させても変化せず、室温においても磁性を発現できることを見いだした。
この結果はＶ（ａｒｅｎｅ）2 クラスターの磁性が非結合性軌道ｄσに収容された１個のｄ電子のスピンに起因しているためであると説明できる。
【００４５】
図７参照  
図７は、ｎ＝２のＶ2 （Ｃ6 Ｈ6 ）3 のＴＯＦピーク形状の磁場勾配依存性の説明図であり、磁場勾配が０の場合と∂Ｂ／∂ｚ＝１４３Ｔ／ｍの場合を示しており、この場合も、磁場勾配をかけることによってピークが左右に拡がった。
【００４６】
このＶ2 （Ｃ2 Ｈ2 ）3 の場合、２つのバナジウム原子上に孤立スピンを一つずつ持っており、２つのスピンが反平行であれば、磁気モーメントの値はゼロとなりＴＯＦピークは磁場勾配によって変化しないと予想される。
【００４７】
しかし、Ｖ2 （Ｃ6 Ｈ6 ）3 のピーク形状にも磁場勾配によるブロードニングが観測され、磁気モーメントは１５１Ｋにおいて１．５±０．３μB となり、図６に示したＶ（Ｃ6 Ｈ6 ）2 の磁気モーメントと比べて２倍程度であることから、Ｖ2 （Ｃ6 Ｈ6 ）3 は基底状態において２つのスピンが平行となって３重項状態（Ｓ＝１，２Ｓ＋１＝３）となっていると考えられる。
即ち、ＴＯＦ積算スペクトルは３つに分離したビームレットの和で表されていると考えられる。
【００４８】
図８参照  
図８は、室温における磁気モーメントのｎ依存性の説明図であり、ここでは磁気量子数ｍs が最大のビームレットが有する磁気モーメントμz （＝ｇ・ｍsmax＝ｇ・Ｓ）を示した。
【００４９】
このようにクラスターの多層化にともなって最大磁気モーメントμz が加算的に単純増加していくことがわかった。
即ち、Ｖ原子上の各孤立電子スピンが強磁性的に互いに平行となっていることを示すものであり、この傾向は〜１５０Ｋにおいても同じであった。
【００５０】
また、図に示すように、ベンゼンをベンゼン誘導体で置換したＶn （ａｒｅｎｅ）n+1 （ａｒｅｎｅ＝Ｃ6 Ｄ6 ，ＭｅＳ）の磁気モーメントの大きさもベンゼンの場合と同一であり、１６０〜２９５Ｋの範囲において温度依存性も認められなかった。
この最大磁気モーメントμz の増大はｎ＝５まで当てはまることを確認したが、ｎ＞６においても成立するものと考えられる。
【００５１】
この様な、強磁性配列の要因についてはベンゼン配位子内の電子スピンとの相互作用の可能性があるものの明確な理由は充分解析されていないが、Ｖ原子上の各孤立電子スピンがベンゼン配位子内の電子スピンと相互作用して、Ｖ原子上の各孤立電子スピンとベンゼン配位子内の電子スピンとが反強磁性的に反平行となることによって、各層のＶ原子に局在化したスピン同士は、強磁性的な相互作用をしていると考えられる。
【００５２】
即ち、Ｖ原子の結合性軌道ｄδとベンゼンのＬＵＭＯ軌道との間の部分的な電荷移動に伴うＶ原子のｄ軌道における分子内交換作用によるものと考えられ、この分子内交換作用において、本来非結合性であるはずの非結合性軌道ｄσが結合性軌道ｄδと相互作用して強磁性的スピン配列になると考えられる。
なお、ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）とは、最も高いエネルギーを持った電子が占めるＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）のすぐ上の空軌道を意味する。
【００５３】
以上の結果は、これらのサンドイッチクラスターが高スピン状態を有していることを示した初の実験的証拠であり、さらにこの磁気モーメントμz の大きさ及びｎ依存性が置換基導入の影響を受けないことも確認した。
【００５４】
次に、これらのＶn （ａｒｅｎｅ）n+1 （ａｒｅｎｅ＝トルエン，メシチレン、トリイソプロピルベンゼン）の熱安定性についても確認したので、図９乃至図１１を参照して説明する。
図９参照  
図９は、上述の方法で生成した有機金属クラスターを四重極質量選別器によって特定のｎの値を有する有機金属クラスターのみをサイズ選別し、１８０Ｋに保った基板上に〜２０ｅＶの衝突エネルギーでソフトランディングさせた場合の各有機金属クラスターの脱離しきい温度を示すＴＰＤスペクトルである。
【００５５】
この場合の基板としては、Ａｕ基板にヘキサデカンチオール（ＨＤＴ）の自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を構築したものを用い、蒸着した有機金属複合クラスターが気相中と同様の一次元サンドイッチ構造を保持していることを、反射型赤外吸収分光法（ＩＲＡＳ）を適用して確認した。
【００５６】
この場合、昇温脱離分光法（ＴＰＤ）によって基板表面からの脱離種を基板の昇温速度を１０Ｋ／分とした状態で測定したＴＰＤスペクトルを取得した。
図に示す有機配位子のＴＰＤスペクトルは、有機配位子の脱離は蒸着した有機金属クラスターが有機配位子の種類の応じて所定の温度領域において解離したことを示しており、この場合、有機配位子に比べＶは非常に弱くしか観測されない。
【００５７】
もし、吸着している有機金属クラスターがそのまま基板から脱離して、ＴＰＤ測定における電子衝撃イオン化の段階で解離したのであれば、Ｖ原子と有機配位子のうち、イオン化エネルギーの小さいＶ原子がイオンとして検出され、有機配位子の正イオンはほとんど観測されないはずである。
【００５８】
ところが実際には、有機配位子の方が１０倍以上も強く観測されるので、蒸着されたほとんどの有機金属クラスターが表面上から脱離する前に表面上で解離し、その結果、有機配位子のみが基板表面から脱離している可能性が高いと考えられる。
【００５９】
図９に示したＴＰＤスペクトルの各有機金属クラスターの脱離ピークの値を比較するとＶ（Ｂｚ）2 、Ｖ（Ｔｏｌ）2 、Ｖ（Ｍｅｓ）2 では、メチル基の導入に伴って徐々に脱離温度が上昇する様子が見られた。
【００６０】
さらに、より嵩高いイソプロビル基を有機配位子に導入したＶ（ＴＩＰＢ）2 では、劇的な脱離温度の上昇が見られ、基板からの脱離しきい温度が３７０Ｋ程度にまで達した。  これは、Ｖ（ＴＩＰＢ）2 が固体表面上において、他のクラスターに比べて熱的な安定性が格段に高いことを示している。
【００６１】
その要因として、
１）配位子であるＴＩＰＢ（トリイソプロピルベンゼン）の立体的な嵩高さによって表面と相互作用するサイトが増え、Ｖ（ＴＩＰＢ）2 の表面上での移動に対するエネルギー障壁が増大したこと、
２）Ｖ原子が上下のベンゼン環によって挟みこまれているとともに嵩高い置換基によって周囲をほとんど覆われたことにより、クラスターに含まれるＶ原子の反応性が著しく低下したことが考えられる。
【００６２】
図１０及び図１１参照  
図１０は、Ｖ（Ｂｚ）2 の推定分子構造図であり、図１１はＶ（ＴＩＰＢ）2 の推定分子構造図であり、上述のように、Ｖ（ＴＩＰＢ）2 はＶ（Ｂｚ）2 より立体構造が嵩高く、且つ、Ｖ原子が嵩高い置換基によって周囲をほとんど覆われた状態となっていることがわかる。
【００６３】
この様にＳＡＭ上にソフトランディングした一次元有機金属サンドイッチクラスターは、気相中において金属原子−有機配位子間の結合エネルギーがいずれも数ｅＶ程度であり、気相中における安定性にあまり大きな違いはないと考えられる。
【００６４】
しかしながら、表面上におけるクラスターの熱的・化学的安定性には、大きな違いが現れることが確認され、このことより、ベンゼン誘導体からなる有機配位子を用いることによって、ベンゼンを有機配位子として用いた場合より磁気特性に影響を与えることなく熱的に安定になり、ベンゼン誘導体を構成する置換基の分子量及び置換基の数が多くなるほど熱的安定性が向上することが確認された。
【００６５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は各実施例に記載された構成・条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施例の説明においては、ベンゼン誘導体として、重ベンゼン、トルエン、メシチレン、及び、トリイソプロピルベンゼンを用いているが、これらに限られるものではなく、Ｈ原子を置換する置換基としてアルキル基を用いたベンゼン誘導体であれば良く、置換基の置換数としても、１乃至６の範囲で任意に置換すれば良く、置換基の分子量が多くなるほど、また、置換基の数が多くなるほど、熱的に安定になる。
【００６６】
また、上記の実施例の説明においては、有機金属クラスター自体の磁気特性及び熱的安定を説明しているが、この有機金属クラスターを用いて高密度磁気記憶媒体を構成する場合には、基板上にｎの値毎に区分して各Ｖn （ａｒｅｎｅ）n+1 を堆積させても良く、それによって、光磁気記憶媒体を構成することができる。
【００６７】
即ち、Ｖn （ａｒｅｎｅ）n+1 においては、ｎが増加するにしたがって、結合性軌道ｄδに収容された電子の密度が、分子の結合軸方向に沿って変化し、結合性軌道ｄδは価電子領域においてＶ原子における非結合性軌道ｄσと共存する状態となり、この結合性軌道ｄδに収容された電子が、その分布状態に応じて所定の波長の光を選択的に吸収してスピン反転が生ずる。
【００６８】
したがって、所定の波長の光を照射することにより、所定の番地に堆積させた有機金属クラスターのみに選択的に情報を書き込むことが可能になる。
【００６９】
また、有機配位子としてベンゼン誘導体を用いた有機金属クラスターは、ナノ磁石的な用途に限られるものではなく、レーザ蒸着装置の最終段に静電偏向器等を配置し、電子ビーム描画のようにＶn （ａｒｅｎｅ）n+1 を基板上に任意のパターンに選択的堆積することができ、それによって、レーザの回折限界を越えた高精度のパターンの微小磁気デバイスを構成することが可能になる。
【００７０】
特に、有機配位子としてイソプロピルベンゼンを用いた有機金属クラスターは、熱的に非常に安定な全く新規な物質であり、磁気的用途に限られるものではない。
即ち、有機配位子としてイソプロピルベンゼンを用いた有機金属クラスターは新規な物質を提供した点に意義があるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の活用例としては、ナノ磁石、高密度磁気記録媒体が典型的なものであるが、レーザの回折限界を越えた高精度のパターンの微小磁気デバイス等としても適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例１の一次元多層有機金属錯体の製造装置兼質量・磁化測定装置の概略的構成図である。
【図３】配位子がベンゼンの場合のクラスターの光イオン化質量スペクトルである。
【図４】配位子が重ベンゼンの場合のクラスターの光イオン化質量スペクトルである。
【図５】配位子がメシチレンの場合のクラスターの光イオン化質量スペクトルである。
【図６】Ｖ（Ｃ6 Ｈ6 ）2 のＴＯＦピーク形状の磁場勾配依存性の説明図である。
【図７】Ｖ2 （Ｃ6 Ｈ6 ）3 のＴＯＦピーク形状の磁場勾配依存性の説明図である。
【図８】室温における磁気モーメントのｎ依存性の説明図である。
【図９】有機金属クラスターの脱離しきい温度を示すＴＰＤスペクトルである。
【図１０】Ｖ（Ｂｚ）2 の推定分子構造図である。
【図１１】Ｖ（ＴＩＰＢ）2 の推定分子構造図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  一次元多層有機金属錯体クラスター
２  Ｖ原子
３  配位子
４  スピン
１０  クラスター製造部
１１  ブロック
１２  Ｈｅキャリアガス
１３  バナジウム金属棒
１４  Ｎｄ3+：ＹＡＧレーザ
１５  フローチューブ
１６  配位子蒸気
１７  クラスタービーム
１８  ビームレット
１９  ビームレット
２０  磁気分離部
２１  ノズル
２２  スキマー
２３  Ｓｔｅｒｎ−Ｇｅｒｌａｃｈ型電磁石
２４  スキマー
３０  測定部
３１  ＡｒＦレーザ
３２  ＰＳＴＯＦ
３３  接地電極
３４  加速電極
３５  ＭＣＰ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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