ナノメートル単位の結晶材料の成長

May 01, 2023

エンジニアリングクリスタルに関する最初の洞察原子レベルで正確な金属ナノクラスターによる成長は、シンガポール、サウジアラビア、フィンランドの研究者によって行われた研究で達成されました。 この研究は Nature Chemistry に掲載されました。

通常の固体物質は、結晶格子内に組織化された原子から構成されています。 原子の化学的性質と格子対称性は、たとえば、それが金属か、半導体か、電気絶縁体かなど、物質の特性を定義します。 格子の対称性は温度や高圧などの周囲条件によって変化する可能性があり、それによって構造転移が引き起こされ、電気絶縁体であっても電気導体、つまり金属に変化する可能性があります。

ナノ粒子や原子的に正確な金属ナノクラスターなどのより大きな同一の実体も結晶格子に組織化され、いわゆるメタマテリアルを形成することがあります。 しかし、結晶成長は典型的な自己組織化プロセスであるため、そのような材料を構成要素から成長させる方法に関する情報は不足しています。

今回、シンガポール、サウジアラビア、フィンランドの研究者らによって行われた研究で、原子レベルで正確な金属ナノクラスターによる結晶成長の工学的操作に関する最初の洞察が得られた。 彼らは、わずか25個の金原子からなる直径1ナノメートルの金属クラスターを合成した。 これらのクラスターは、金を保護するリガンド分子により水に溶けます。 このクラスター材料は、水溶媒が蒸発すると、明確に定義された最密充填単結晶に自己集合することが知られています。 しかし、研究者は、溶媒にテトラアルキルアンモニウム分子イオンを添加することで結晶成長を制御するという新しい概念を発見しました。 これらのイオンは金クラスターの表面化学に影響を与え、そのサイズと濃度が形成される結晶のサイズ、形状、形態に影響を与えることが観察されました。 注目すべきことに、一部の結晶の高解像度電子顕微鏡画像から、それらの結晶が 4 つの金原子の粒子間結合を持つクラスターのポリマー鎖で構成されていることが明らかになりました。 実証された表面化学は、電子的および光学的特性を研究するために金属クラスターベースのメタマテリアルを設計する新しい方法を開きます。

- このプレスリリースはもともとユヴァスキュラ大学のウェブサイトに掲載されたものです