左右対称な分子から「左右」が生まれる仕組みを発見 ―― 金の表面で、分子が自発的に手を繋ぎ、右利き・左利き構造を作る ――

2026-02-27 九州大学

金沢大学九州大学北海道大学らの国際共同研究グループは、本来キラリティを持たない1,10-フェナントロリン分子が、Au(111)金表面上で自発的に対を形成し、「右利き」「左利き」の同キラル鎖構造を生み出すことを発見した。分子が吸着後にペア化するという局所的相互作用から創発的にキラリティが発現することを実証し、左右性が必ずしも分子固有の性質でないことを示した。成果は『Advanced Materials Interfaces』に掲載され、表面上でのキラル機能材料設計への応用が期待される。

左右対称な分子から「左右」が生まれる仕組みを発見 ―― 金の表面で、分子が自発的に手を繋ぎ、右利き・左利き構造を作る ――
図1:走査トンネル顕微鏡の模式図。

<関連情報>

非キラル分子の対形成による創発的キラル性:Au(111)上の対をなす1,10-フェナントロリンの同キラル鎖 Emergent Chirality from Pairing of Achiral Molecules: Homochiral Chains of Paired 1,10-Phenanthroline on Au(111)

Erlina Tik Man, Yuya Kaneko, Ryunosuke Kobata, Muhammad Alief Irham, Takaya Shimokawa, Tzu-Yen Chen, Yukiko Obata, Kazutoshi Shimamura, Kenji Hayashida, Kotaro Takeyasu, …
Advanced Materials Interfaces  Published: 15 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/admi.202501092

ABSTRACT

Understanding how chirality emerges from assemblies of achiral molecules is central to the study of symmetry breaking at surfaces. Here we show that achiral 1,10-phenanthroline adsorbed on Au(111) generates chirality through a pairing-driven hierarchical self-assembly pathway. Upon adsorption, molecules selectively form hydrogen-bonded pairs via weak but directional C─H···N interactions. Steric and electrostatic constraints restrict this interaction to two molecules, forcing a choice between two symmetry-equivalent nitrogen sites and thereby producing left- or right-handed molecular pairs that act as local chiral motifs. These motifs organize through attractive intermolecular interactions into homochiral one-dimensional chains, which further assemble into two-dimensional chiral domains governed by repulsive interchain interactions. Scanning tunneling microscopy directly visualizes mirror-related left- and right-handed domains. Density functional theory calculations confirm that the face-to-face paired configuration is energetically preferred and stabilized by adsorption on Au(111). This work reveals a distinct route to surface chirality in which chirality originates at the level of a hydrogen-bonded molecular pair and is amplified into organized chiral architectures through weak intermolecular interactions.

0704表面技術
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