(57)【要約】【課題】大きな三次の非線形光学定数を有し、且つ、薄膜化できる新たな一次元モット絶縁体を提供する。【解決手段】化学組成式が、〔Ｎｉ（Ｌ2 ）Ｘ〕Ｙ2 、ただし、Ｌは１，２−ジアミノアルカン、Ｘ及びＹはハロゲン化物イオン、で表され、Ｎｉ3+イオンとＸ- イオンとが交互に結晶ｂ軸に沿って配置され、２つのＬは、２つのＬのアミノ基の４つのＮ原子を介してＮｉ3+イオンに結合し、且つ、結晶ｂ軸に垂直な面内でＮｉ3+イオンに配位した、ＮｉとＸから成る一次元鎖構造を有する。【選択図】図１
2007256775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成式が、〔Ｎｉ（Ｌ2 ）Ｘ〕Ｙ2 、ただし、Ｌは１，２−ジアミノアルカン、Ｘ及びＹはハロゲン化物イオン、で表され、
上記Ｎｉ3+イオンとＸ- イオンとが交互に結晶ｂ軸に沿って配置し、上記２つのＬが、この２つのＬの４つのＮ原子を介してＮｉ3+イオンと結合し、且つ、結晶ｂ軸に垂直な面内でＮｉ3+イオンに配位した、ＮｉとＸから成る一次元鎖構造を有することを特徴とする、一次元モット絶縁体。
【請求項２】
前記１，２−ジアミノアルカンは、１，２−ジアミノヘキサデカン、１，２−ジアミノデカン、１，２−ジアミノウンデカン、１，２−ジアミノドデカン、１，２−ジアミノトリデカン、１，２−ジアミノテトラデカン又は１，２−ジアミノペンタデカンであることを特徴とする請求項１に記載の一次元モット絶縁体。
【請求項３】
前記Ｘ及びＹは、Ｂｒ又はＣｌであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の一次元モット絶縁体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の一次元モット絶縁体とポリマーとから成ることを特徴とする、一次元モット絶縁体薄膜。
【請求項５】
前記ポリマーは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル又はポリフェニレンビニレンであることを特徴とする、請求項４に記載の一次元モット絶縁体薄膜。
【請求項６】
ＮｉＸ2 （ただし、Ｘはハロゲン化物イオン）粉末と１，２−ジアミノアルカンの粉末とをアルコールに溶かし、この溶液を室温で放置して上記アルコールを蒸発させることにより、ＮｉII（ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ2 からなる微結晶を沈殿させる工程と、この微結晶をアルコールに分散させた縣濁液に、上記Ｘから成るガスを吹き込んで、〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ〕Ｘ2 からなる微結晶を沈殿させる工程と、この微結晶を濾過して取り出す工程とから成り、請求項１〜３の何れかに記載の一次元モット絶縁体を製造することを特徴とする、一次元モット絶縁体の製造方法。
【請求項７】
前記Ｘは、Ｂｒ又はＣｌであることを特徴とする、請求項６に記載の一次元モット絶縁体の製造方法。
【請求項８】
前記１，２−ジアミノアルカンは、１，２−ジアミノヘキサデカン、１，２−ジアミノデカン、１，２−ジアミノウンデカン、１，２−ジアミノドデカン、１，２−ジアミノトリデカン、１，２−ジアミノテトラデカン又は１，２−ジアミノペンタデカンであることを特徴とする、請求項６に記載の一次元モット絶縁体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜３の何れかに記載の一次元モット絶縁体の粉末とポリマーと溶媒とを混合する工程と、この混合液をスピンコートする工程とからなり、請求項４に記載の一次元モット絶縁体薄膜を製造することを特徴とする、一次元モット絶縁体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ポリマーは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル又はポリフェニレンビニレンであることを特徴とする、請求項９に記載の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
前記溶媒は、クロロホルム、ブロモホルム、ジクロロメタン又はトルエンであることを特徴とする、請求項９に記載の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
前記一次元モット絶縁体の粉末とポリマーとの重量混合比は、一次元モット絶縁体を１として、ポリマーは１〜２０の範囲であることを特徴とする、請求項９に記載の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きな三次の非線形光学定数を有し、薄膜化が可能な一次元モット絶縁体とこれを用いた一次元モット絶縁体薄膜及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非線形光学効果は、原子核に弱く結合された価電子が光電界に応じて変位することによって生ずることから、非線形光学効果の応答速度は光周波数に追随できる程度に超高速である。また、非線形光学効果によって物質の屈折率が変化するので、非線形光学物質に非線形光学効果を生起するエネルギーの光を照射すれば、物質の屈折率を超高速に変化させることができる。
【０００３】
非線形光学効果を有する材料は、光で光を制御するデバイス、すなわち、全光型デバイスへの応用が嘱望されている。例えば、情報通信の高速化需要に伴い光情報通信が普及しつつあるが、現状では、信号及び信号の伝送路が光化されているに止まっている。さらなる高速化のためには、信号経路の交換動作も光交換動作とする必要がある。例えば、非線形光学材料で形成した光導波路から成る光方向性結合器の光結合部に、非線形光学効果を生起するエネルギーの光を照射すれば、光結合部の光導波路の屈折率を超高速に変化させることができるので、光信号が伝搬する光導波路を超高速に切り替えることができ、超高速な交換動作を実現することができる。
【０００４】
このため、従来から、大きな非線形光学効果を有する材料の探索が行われてきたが、中でも、電子とホールを一次元空間に閉じ込めることによる量子効果により、三次の非線形光学効果が大きくなることが理論的に予測されてからは、電子とホールを一次元空間に閉じ込めた電子構造を有する物質の三次の非線形光学効果の探索が行われてきた。
そのような物質として、シリコンポリマー・バンド絶縁体や、π共役系ポリマー・パイエルス（Ｐｅｉｅｒｌｓ）絶縁体が注目されてきた。
【０００５】
このような状況の中で、本発明者らは、電子とホールを一次元空間に閉じ込めた構造を有する他の物質として一次元モット絶縁体を提案し、実際に、ハロゲン架橋〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 （ただし、ｃｈｘｎはシクロヘキサンジアミン、Ｘはハロゲン化物イオン、Ｙはハロゲン化物イオン又は硝酸イオン）からなる一次元モット絶縁体が、１０-8〜１０-5ｅｓｕの大きさの三次の非線形光学定数を有することを見いだした。この三次の非線形光学定数は、シリコンポリマー・バンド絶縁体やπ共役系ポリマー・パイエルス絶縁体の三次の非線形光学定数１０-12 〜１０-7ｅｓｕに較べて極めてきい（非特許文献１〜３参照）。
【０００６】
図３は、ハロゲン架橋〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 の主要な構造を示す図である。図に示すように、Ｎｉ3+イオンとＸ- イオンとが交互に結晶ｂ軸に沿って配置され、２つのｃｈｘｎ（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｉａｍｉｎｅ）のアミノ基の４つのＮ原子がＮｉ3+イオンと結合し、この２つのｃｈｘｎ配位子が結晶ｂ軸に垂直な面内でＮｉ3+イオンに配位した、ＮｉとＸから成る一次元鎖構造を有し、Ｎｉ3+イオンのｄ軌道とＸ- イオンのｐ軌道とが混成した一次元電子構造を有している。また、この物質は強相関電子系物質に属し、格子点のＮｉ間の大きなクーロン斥力によって、ハバード・バンド（Ｈｕｂｂａｒｄ・ｂａｎｄ）が上下に分割されて形成されるバンドギャップを有し、バンドギャップ内にＸ- イオンのｐ軌道準位が存在するエネルギー構造を有している。上部ハバード・バンドとｐ軌道準位とのエネルギー差に相当するエネルギーの光を照射すると、Ｘ- イオンのｐ軌道準位からＮｉ3+イオンの上部ハバード・バンドへ電子が励起される電荷移動（Ｃｈａｒｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）が強く起こり、大きな三次の非線形光学効果が生じる。またハロゲン架橋〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 の三次の非線形光学定数の大きさは、十分、上記全光型デバイスの応用に供することができる大きさである。
【非特許文献１】Ｈ．Ｋｉｓｈｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  ４０５，９２９（２０００）
【非特許文献２】Ｍ．Ｏｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ  ７０，８５１０１（２００４）
【非特許文献３】Ｍ．Ｏｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９５，８７４０１（２００５）
【非特許文献４】ＭＡＮＳＯＯＰＲ  ＳＨＥＩＫ−ＢＡＨＡＥ  ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．２６，ＮＯ．４，ＡＰＲＩＬ，７６０（１９９０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、三次の非線形光学定数を有する物質を光デバイスに応用する場合、例えば、上記光交換機に応用する場合には、この物質の薄膜からなる光導波路を形成することが、装置を小型化する上で好ましい。しかしながら、ハロゲン架橋〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 は、真空蒸着法により薄膜化しようとすると分子量が大きすぎて昇華できず、溶媒に分散させることができず、水にしか溶けない。しかも、水に溶かした場合は一次元鎖が切断されて、三次の非線形光学効果を失ってしまうので、スピンコート法によっても薄膜化できないという課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、大きな三次の非線形光学定数を有し、且つ、薄膜化できる新たな一次元モット絶縁体、この一次元モット絶縁体を用いた一次元モット絶縁体薄膜、この一次元モット絶縁体の製造方法、さらにこの一次元モット絶縁体を用いた一次元モット絶縁体薄膜の製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の一次元モット絶縁体は、化学組成式が、
〔Ｎｉ（Ｌ2 ）Ｘ〕Ｙ2 、ただし、Ｌは１，２−ジアミノアルカン、Ｘ及びＹはハロゲン化物イオン、
で表され、Ｎｉ3+イオンとＸ- イオンとが交互に結晶ｂ軸に沿って配置され、２つのＬが、この２つのＬのアミノ基の４つのＮ原子を介してＮｉ3+イオンと結合し、且つ、結晶ｂ軸に垂直な面内でＮｉ3+イオンに配位した、ＮｉとＸから成る一次元鎖構造を有することを特徴とする。
【００１０】
また、１，２−ジアミノアルカンは、１，２−ジアミノヘキサデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｈｅｘａｄｅｃａｎｅ）、１，２−ジアミノデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｄｅｃａｎｅ）、１，２−ジアミノウンデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｕｎｄｅｃａｎｅ）、１，２−ジアミノドデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｄｏｄｅｃａｎｅ）、１，２−ジアミノトリデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｔｒｉｄｅｃａｎｅ）、１，２−ジアミノテトラデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅ）、又は１，２−ジアミノペンタデカン（１，２−ｄｉａｍｉｎｏｐｅｎｔａｄｅｃａｎｅ）であれば好ましい。また、上記１，２−ジアミノアルカンのそれぞれによって形成される、本発明の一次元モット絶縁体の学術名称は、ビス−１，２−ジアミノヘキサデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｈｅｘａｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）、ビス−１，２−ジアミノデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）、ビス−１，２−ジアミノウンデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｕｎｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）、ビス−１，２−ジアミノドデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｄｏｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）、ビス−１，２−ジアミノトリデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｔｒｉｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）、ビス−１，２−ジアミノテトラデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｔｅｔｒａｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）、及び、ビス−１，２−ジアミノペンタデカンブロモニッケル（ＩＩＩ）ブロミド（ｂｉｓ−１，２−ｄｉａｍｉｎｏｐｅｎｔａｄｅｃａｎｅｂｒｏｍｏｎｉｃｋｅｌ（ＩＩＩ）ｂｒｏｍｉｄｅ）である。
【００１１】
また、Ｘ及びＹは、Ｂｒ又はＣｌであれば好ましい。
【００１２】
上記構成の一次元モット絶縁体は、従来のハロゲン架橋〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 一次元モット絶縁体と同等の大きさの三次の非線形光学定数を有し、且つ、薄膜化できる物質である。
【００１３】
本発明の一次元モット絶縁体薄膜は、上記の一次元モット絶縁体とポリマーとから成ることを特徴とする。
ポリマーはポリメタクリル酸メチル（ｐｏｌｙ−ｍｅｔｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリ塩化ビニル（ｐｏｌｙ−ｖｉｎｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、又はポリフェニレンビニレン（ｐｏｌｙ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）であれば好ましい。
【００１４】
上記本発明の一次元モット絶縁体の製造方法は、ＮｉＸ2 （ただし、Ｘはハロゲン化物イオン）粉末と１，２−ジアミノアルカンの粉末とをアルコールに溶かし、この溶液を室温で放置してアルコールを蒸発させることにより、ＮｉII（ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ2 からなる微結晶を沈殿させる工程と、この微結晶をアルコールに分散させた縣濁液に、上記Ｘから成るガスを吹き込んで、〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ〕Ｘ2 からなる微結晶を沈殿させる工程と、この微結晶を濾過して取り出す工程とから成ることを特徴とする。
Ｘは、Ｂｒ又はＣｌであれば好ましい。１，２−ジアミノアルカンは、１，２−ジアミノヘキサデカン、１，２−ジアミノデカン、１，２−ジアミノウンデカン、１，２−ジアミノドデカン、１，２−ジアミノトリデカン、１，２−ジアミノテトラデカン又は１，２−ジアミノペンタデカンであれば好ましい。
【００１５】
また、本発明の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法は、上記本発明の一次元モット絶縁体の粉末とポリマーと溶媒とを混合する工程と、この混合液をスピンコートする工程とからなることを特徴とする。
ポリマーは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル又はポリフェニレンビニレンであれば好ましい。
溶媒は、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）、ブロモホルム（ｂｒｏｍｏｆｏｒｍ）、ジクロロメタン（ｄｉｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ）又はトルエン（ｔｏｌｕｅｎｅ）であれば好ましい。
一次元モット絶縁体の粉末とポリマーとの重量混合比は、一次元モット絶縁体を１として、ポリマーは１〜２０の範囲であれば好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一次元モット絶縁体は、極めて大きな三次の非線形光学効果を有するので、全光型デバイス用材料として使用することができる。本発明の一次元モット絶縁体薄膜は、極めて大きな三次の非線形光学効果を有する薄膜であるので、小型の全光型デバイス用材料として使用できる。本発明の一次元モット絶縁体の製造方法によれば、本発明の一次元モット絶縁体を製造することができる。本発明の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法によれば、本発明の一次元モット絶縁体薄膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
初めに、本発明の一次元モット絶縁体の構成を説明する。
図１は、本発明の一次元モット絶縁体の一次元鎖部分及び配位子部分を模式的に示す図である。大きな○はＮｉ3+イオン、斜線を施した○はＸ- イオン（ハロゲンイオン）、中位の大きさの○はＮ原子、小さな○はＣ原子を表す。Ｃ原子及びＮ原子に結合しているＨ原子は図を見やすくするため省略している。
本発明の一次元モット絶縁体は、図３に示した、〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 一次元モット絶縁体と較べて、Ｎｉ3+イオンの配位子ｃｈｘｎが、１，２−ジアミノアルカンに置換されていることのみが異なるので、図１においては、一次元鎖及び配位子部分のみを示している。
【００１８】
図１において、本発明の一次元モット絶縁体１は、Ｎｉ3+イオンとＸ- イオンとが交互に結晶ｂ軸に沿って配置された一次元鎖構造を有し、ジアミノアルカンから成る配位子２が、各々のＮｉ3+イオンに２つ配位した構造を有しており、また、２つのジアミノアルカンから成る配位子２は、結晶ｂ軸に垂直な面内で配位している。なお、図ではジアミノアルカンから成る配位子２のアルキル鎖４の長手方向が結晶ａ軸方向に配向している場合を示しているが、これに限らず、結晶ｃ軸方向に配向する場合もある。
図１では、ジアミノアルカン２が１，２−ジアミノヘキサデカンである場合を例示しているが、ジアミノアルカン２は炭素数が異なる他のジアミノアルカン、すなわち、１，２−ジアミノデカン、１，２−ジアミノウンデカン、１，２−ジアミノドデカン、１，２−ジアミノトリデカン、１，２−ジアミノテトラデカン、又は、１，２−ジアミノペンタデカンであっても良い。
また、Ｘは、Ｂｒ又はＣｌであれば、結晶性が良くなり好ましい。
【００１９】
この構成によれば、Ｎｉ3+イオンのｄ軌道とＸ- イオンのｐ軌道とが混成した一次元電子構造３が形成され、強相関電子相互作用による、Ｎｉ間の大きなクーロン斥力によって、ハバード・バンドが上部ハバード・バンドと下部ハバード・バンドに分裂してバンドギャップが形成され、バンドギャップ内にＸ- イオンのｐ軌道準位が存在するエネルギー構造が形成される。上部ハバード・バンドとこのｐ軌道準位とのエネルギー差に相当するエネルギーの光を照射すると、Ｘ- イオンのｐ軌道準位からＮｉ3+イオンの上部ハバード・バンドへ電子が励起される電荷移動遷移が強く起こり、大きな三次の非線形光学効果が生じる。
さらに、ジアミノアルカンからなる配位子２のアルキル鎖４によって、一次元モット絶縁体１を溶媒に均一に分散させことができ、且つ、この分散によって、一次元モット絶縁体１の一次元鎖構造が破壊されることがない。従って、一次元モット絶縁体１からなる、大きな三次の非線形光学効果を有する薄膜を形成することができる。
【００２０】
次に、上記本発明の一次元モット絶縁体とポリマーとから成る本発明の一次元モット絶縁体薄膜を説明する。
本発明の一次元モット絶縁体薄膜は、図１に示した一次元モット絶縁体１をポリマー中に分散させた薄膜である。
従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 は、水にしか溶けず、水に溶かした場合は一次元鎖が切断されてしまうので、三次の非線形光学効果が失われてしまい、スピンコート法によっても薄膜化できないものであったが、上記に説明したように、本発明の一次元モット絶縁体の配位子のアルキル鎖が、本発明の一次元モット絶縁体を溶媒中に分散させる効果を有し、また、分散させても一次元鎖が切断されないので、ポリマー中に一次元モット絶縁体を分散した、大きな三次の非線形光学効果を有する薄膜が得られる。
ポリマーは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル又はポリフェニレンビニレンであればよい。
【００２１】
次に、本発明の一次元モット絶縁体の製造方法を説明する。
本発明の一次元モット絶縁体の製造方法は、ＮｉＸ2 （ただし、Ｘはハロゲン化物イオン）粉末と１，２−ジアミノアルカンの粉末とをアルコールに溶かし、この溶液を空気中、室温で放置してアルコールを蒸発させることにより、ＮｉII（ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ2 からなる微結晶を沈殿させる工程と、この微結晶をアルコールに分散させた縣濁液に、上記Ｘから成るガスを吹き込んで、〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ〕Ｘ2 からなる微結晶を沈殿させる工程と、この微結晶を濾過して取り出す工程とから成る。
Ｘは、Ｂｒ又はＣｌであれば好ましく、また、１，２−ジアミノアルカンは、１，２−ジアミノヘキサデカン、１，２−ジアミノデカン、１，２−ジアミノウンデカン、１，２−ジアミノドデカン、１，２−ジアミノトリデカン、１，２−ジアミノテトラデカン、又は、１，２−ジアミノペンタデカンであっても良い。アルコールは、メタノール又はエチルアルコールであれば好ましい。
ＮｉＸ2 と１，２−ジアミノアルカンの混合比は、モル比で約１：２となるように混合するのが好ましく、また、アルコールは、ＮｉＸ2 と１，２−ジアミノアルカンが完全に溶けて溶液となる量を適宜混合すればよい。
この方法によれば、μｍオーダーの大きさの、本発明の一次元モット絶縁体である〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノアルカン）2 Ｘ〕Ｘ2 微結晶が得られる。なお、この微結晶は単結晶である。
【００２２】
次に、本発明の一次元モット絶縁体とポリマーとからなる本発明の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法を説明する。
本発明の一次元モット絶縁体薄膜の製造方法は、上記本発明の一次元モット絶縁体の粉末とポリマーと溶媒とを混合する工程と、この混合液をスピンコートする工程とからなる。ポリマーは、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル又はポリフェニレンビニレンであれば好ましい。溶媒は、クロロホルム、ブロモホルム、ジクロロメタン又はトルエンであれば良い。
一次元モット絶縁体の粉末とポリマーとの重量混合比は、一次元モット絶縁体を１として、ポリマーは１〜２０の範囲であれば好ましく、１未満であると均一に分散しなくなり、２０を越えると三次の非線形光学定数が小さくなる。また、溶媒は、一次元モット絶縁体とポリマーとが均一に分散する量を適宜加えればよい。
【実施例１】
【００２３】
本発明の一次元モット絶縁体の実施例を説明する。
市販のＮｉＢｒ2 ・３Ｈ2 Ｏ粉末（０．５４５ｇ、２ミリモルに相当）と、１，２−ジアミノヘキサデカン粉末（１．０２６ｇ、４ミリモルに相当）と、メチルアルコール（３０ミリリットル）とを加えて溶液を作製した。この溶液を空気中、室温で数日間放置してメチルアルコールを蒸発させ、ＮｉII（ビス−１，２−ジアミノヘキサデカン）2 Ｂｒ2 からなる微結晶を沈殿させた。
次に、ＮｉII（ビス−１，２−ジアミノヘキサデカン）2 Ｂｒ2 からなる微結晶（０．０７３ｇ、０．１ミリモルに相当）をエチルアルコール（４ミリリットル）に入れて縣濁液とし、この縣濁液中にＢｒ2 ガスを吹き込み、〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノヘキサデカン）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる微結晶を沈殿させた。
次に、フィルターを用いて濾過し、〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノヘキサデカン）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる微結晶を得た。この微結晶は粒径がμｍオーダーの単結晶であった。
【実施例２】
【００２４】
次に、本発明の一次元モット絶縁体とポリマーとからなる本発明の一次元モット絶縁体薄膜の実施例を説明する。
上記実施例で作製した〔ＮｉIII （ビス−１，２−ジアミノヘキサデカン）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 をメノウ鉢ですりつぶした微粉末（４．４ミリｇ）と、ポリメタクリル酸メチル（３６．５ミリｇ）と、クロロホルム（０．５５ミリリットル）とを加え、３０分間超音波を照射して混合した。次にこの混合物を、赤外光帯域から紫外光領域に亘って透明なフッ化カルシウム基盤（φ１９ｍｍ）にスピンコート（４０００ｒｐｍ、２０秒）して薄膜を形成した。
この薄膜の三次の非線形光学定数χ(3) を、収束するガウシアンビームを試料に照射し、収束点近傍の光軸上で試料を走査した際の透過ガウシアンビームの変化から非線形屈折率を測定するＺ−スキャン法（非特許文献４参照）で測定した。最大値は、フォトンエネルギー１．３ｅＶにおいて、Ｒｅχ(3) ＝−７．８×１０-9ｅｓｕ、及び、Ｉｍχ(3) ＝２．８×１０-9ｅｓｕであった。この三次の非線形光学定数χ(3) の大きさは、従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 からなる一次元モット絶縁体の、Ｚ−スキャン法による三次の非線形光学定数の測定値とほぼ同等な大きさである。
【００２５】
次に、実施例２で作製した本発明の一次元モット絶縁体薄膜に光を照射して測定した吸収スペクトルと、従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる一次元モット絶縁体単結晶で測定した反射スペクトルを、Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ変換して求めた吸収スペクトルを比較した。
図２は、本発明の一次元モット絶縁体薄膜と従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる一次元モット絶縁体単結晶の吸収スペクトルを比較した図であり、（ａ）は本発明の一次元モット絶縁体薄膜、（ｂ）は従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる一次元モット絶縁体単結晶の吸収スペクトルを示し、横軸はフォトンエネルギー、縦軸は吸光度を示す。
図からわかるように、約１．３ｅＶにある鋭い吸収ピークのエネルギー位置や形状を含めて（ａ）と（ｂ）はよい一致を示しており、この結果から、本発明の一次元モット絶縁体薄膜は、従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる一次元モット絶縁体単結晶と同等の三次の非線形光学定数を有すると共に、散乱の少ない良質な光学薄膜であることが分かる。また、図からわかるように、本発明の一次元モット絶縁体薄膜は、１．５μｍ帯域で透明であることから、１．５μｍ帯域を使用する現在の光通信分野の全光型光デバイス用の薄膜材料として最適であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
上記説明から理解されるように、本発明の一次元モット絶縁体は、三次の非線形光学定数が大きく、且つ、薄膜化できるので、例えば、光方向性結合器、吸収型ｏｎ−ｏｆｆ光スイッチングデバイス、光双安定デバイス、或いは、マッハツェンダー型光スイッチングデバイスに使用すれば、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一次元モット絶縁体の一次元鎖部分及び配位子部分を模式的示す図である。
【図２】本発明の一次元モット絶縁体薄膜と従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる一次元モット絶縁体単結晶の吸収スペクトルを比較する図であり、（ａ）は本発明の一次元モット絶縁体薄膜、（ｂ）は従来の〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｂｒ〕Ｂｒ2 からなる一次元モット絶縁体単結晶の吸収スペクトルを示し、横軸はフォトンエネルギー、縦軸は吸光度を示す。
【図３】従来のハロゲン架橋〔Ｎｉ（ｃｈｘｎ）2 Ｘ〕Ｙ2 （ただし、ｃｈｘｎはシクロヘキサンジアミン、Ｘはハロゲン化物イオン、及び、Ｙはハロゲン化物イオン又は硝酸イオン）一次元モット絶縁体の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    一次元モット絶縁体
２    ジアミノアルカンからなる配位子
３    一次元鎖
４    アルキル鎖
【図１】
2007256775.tif 000003
【図２】
2007256775.tif 000004
【図３】
2007256775.tif 000005