未知の金属結晶超格子構造を実証(Researchers Create Novel Structural State of Matter with Exotic Properties)

2026-05-28 ブラウン大学

米ブラウン大学とミシガン大学の研究チームは、理論的には予測されていたものの実際には観測されていなかった新しい構造状態の物質を、銀ナノ粒子を用いた超格子(superlattice)として実現した。研究では、面心立方構造(FCC)と体心立方構造(BCC)という代表的な金属結晶構造の間に存在する一時的な中間相を安定化することに成功した。この中間相は、切頂八面体状の銀ナノ粒子と柔軟な有機分子被覆を組み合わせることで形成され、従来は極めて不安定で観測困難だった結晶転移過程を直接解析できるようになった。さらに、この超格子は室温で強い光‐物質相互作用(deep-strong light-matter coupling)を示し、銀ナノ粒子中の電子と光が量子的に強く結合する特異な光学特性を持つことも確認された。研究者らは、この成果が量子コンピューティングや量子センシング向け新材料開発につながる可能性があると期待している。本研究は、新たな物質相の発見であると同時に、ナノ粒子を用いて特性を設計した人工材料創製の新しい指針を示す成果となった。

未知の金属結晶超格子構造を実証(Researchers Create Novel Structural State of Matter with Exotic Properties)

<関連情報>

銀ナノ結晶の形状制御による超格子の遷移相の安定化 Stabilizing in-transition phases of superlattices through shape control of silver nanocrystals

Yasutaka Nagaoka, Timothy C. Moore, Arseniy Epishin, Zhenyang Liu, […] , and Ou Chen
Science  Published:28 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.ady6472

Editor’s summary

Phase transitions between ordered lattices often pass through short-lived intermediate structures that are difficult to capture and study. Through the self-assembly of silver nanocrystals with shapes ranging from spheres to truncated octahedra, Nagaoka et al. observed a structural evolution from face-centered cubic to body-centered cubic superlattices. Nanocrystals with intermediate shapes formed a stable, dissymmetric superlattice corresponding to an otherwise transient structure along the Nishiyama-Wasserman martensitic pathway. —Jack Huang

Abstract

In nanoscale assemblies, observations of structures in the transition pathways between high-symmetry lattices are rare because of the inherent instability of the intermediate phases. We report that silver nanocrystals with shapes similar to truncated octahedra (mecons) self-assemble into superlattices that are stable and resemble a previously unobserved phase that bridges face-centered and body-centered cubic structures along the Nishiyama-Wassermann martensitic pathway. These superlattices exhibited high structural purity and stability and created a robust and tunable dissymmetric phase landscape. Notably, light-matter coupling emerged in these silver nanocrystal superlattices through plasmon-photon hybridization at the quantum level.

0703金属材料
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