約60年ぶり2例目の単純立方構造の単体結晶を発見~電子線を用いた結晶生成により不安定な結晶構造の観察を実現~

2026-10-21 北海道大学,鳥取大学,科学技術振興機構

北海道大学、鳥取大学などの研究グループは、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて、ヨウ化銀(AgI)への電子線照射による分解反応から銀ナノ結晶が生成する過程を原子レベルで直接観察した。その結果、通常の銀結晶がとる面心立方構造とは異なる、単純立方構造の銀ナノ粒子を発見した。この構造は、ナノサイズ特有の表面・界面効果によって安定化されている可能性があり、通常の銀結晶よりも高い化学反応性を示した。分子動力学シミュレーションと第一原理計算によって、その形成・安定化機構も検討した。本研究は、電子線を利用して不安定な結晶構造の生成と変化をその場観察する手法を示しており、新たな機能や性質を持つ材料の探索につながると期待される。

約60年ぶり2例目の単純立方構造の単体結晶を発見~電子線を用いた結晶生成により不安定な結晶構造の観察を実現~
本研究の概念図。

<関連情報>

電子線照射による単純立方構造をもつ銀結晶の生成 Electron-Beam-Assisted Formation of Simple-Cubic Silver

Masaya Sakakibara;Hiroki Nada;Yuji Kunisada;Tomoya Yamazaki;Yuki Kimura
Nano Letters  Published:October 21, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03635

Abstract

Accessing crystal phases under nonequilibrium conditions is a central challenge for expanding the landscape of materials. Simple-cubic (sc) structures are considered energetically unfavorable in elemental solids and have previously been confirmed only in polonium. Here, we report the direct observation of a previously unrecognized sc-Ag formed under far-from-equilibrium conditions. Using electron beam irradiation inside a high-resolution transmission electron microscope as a trigger, we induced the radiolytic decomposition of silver iodide (AgI) and tracked the in situ formation of silver crystals in real time. Continuous imaging revealed that sc-Ag formation strongly depends on the polymorph of the precursor and occurs selectively from metastable γ-AgI. The sc-Ag exhibited unusually high chemical reactivity, undergoing gradual oxidation into silver oxide under high-vacuum conditions where conventional fcc-Ag remains stable. These findings demonstrate that irreversible crystal formation pathways can kinetically stabilize crystal structures inaccessible under near-equilibrium conditions and extend a previously inaccessible structural limit of metallic bonding.

0703金属材料
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