科学技術振興機構の広報誌「JSTnews」 第49回

【JSTnews11月号掲載】NEWS&TOPICS　戦略的創造研究推進事業CREST 研究領域「原子・分子の自在配列・配向技術と分子システム機能」／研究課題「超原子を基盤とする階層性ナノ物質科学の創成」

金の原子3つ分の超極細「金量子ニードル」を開発、他分野への応用に期待

　金属原子が数個から数百個集まってできた「金属ナノクラスター」は、塊状の金属とは異なる原子配列を取り、特異な物理・化学的性質を示します。金属ナノクラスターを用いて新たな機能性物質を創出する研究が広く実施されていますが、クラスター中の原子の個数、距離、配置の対称性などを精密に制御しながら集積化する方法は現時点では確立されていません。

　東京大学大学院理学系研究科の佃達哉教授らの研究チームは、金イオンを一気に還元するという従来の方法ではなく、ゆっくりと還元することでさまざまなサイズの金ナノクラスターを合成し、それらの幾何構造を単結晶X線構造解析によって調べました。その結果、この方法で合成された金ナノクラスターでは、とびとびのエネルギー値を持つ軌道に電子が収容されており、四面体Au₄や三角形Au₃を基本単位とした異方的な集積構造を持つことを発見。これらの中に、金原子わずか3つ分の幅の2種類の針状構造体を見つけ、「金量子ニードル」と命名しました。さらに、これらの金量子ニードルがそれぞれ755と770ナノ（ナノは10億分の1）メートル付近に強い吸収ピークを持ち、800～1100ナノメートルの近赤外領域に発光するという、ユニークな光学特性を示すことも実験で明らかにしました。

　金量子ニードルは今後、近赤外線に対する強い吸収や発光の特性を生かすことで、温熱療法や生体イメージング、光エネルギー変換などへの応用展開が考えられます。また、この新しい合成手法により、ナノ物質科学の発展への貢献も期待されます。

Au₁₁は四面体Au₄と三角形Au₃が互いに頂点を共有しながら集合し、Au₁₆は四面体Au₄に対して4層の三角形Au₃が積み重なってできている。金量子ニードルはAu₁₆を中心部に持つ。

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