SACLAにより銅キューブ粒子の内部構造変化を可視化

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金属ナノ粒子の成長機構の一端を解明

2018/07/31 理化学研究所

理化学研究所(理研)放射光科学研究センター生命系放射光利用システム開発チームの苙口友隆客員研究員、中迫雅由客員主管研究員の共同研究チームは、金属ナノ粒子[1]の一つである「銅キューブ粒子」の成長に伴う内部構造とその変化を、X線自由電子レーザー[2](XFEL)施設「SACLA」[3]を光源として用いたX線回折イメージング(XDI)法[4]によって明らかにしました。

本研究成果は、これまで手探りと経験則で行われてきたナノ粒子作製方法に、新たな基軸と展開を与えるものと期待できます。

サブマイクロメートルサイズ[5]のナノ粒子の物性は、イメージング技術、新しいフォトニック材料[6]、医工学などの分野において技術革新をもたらす可能性があり、応用研究が進められています。応用研究では、ナノ粒子の形状・サイズ・内部構造を制御する必要があり、それらを観察することが重要です。形状・サイズは、電子顕微鏡[7]で観察できますが、内部構造を観察する測定手法はありませんでした。今回、共同研究チームは、「XFEL-XDI法」を用いて銅キューブ粒子1,637個の内部構造を可視化することに成功しました。その結果、これまで一様だと考えられていた内部構造に大きな偏りがあることを見いだしました。さらに、得られた多数の内部構造に対して、統計解析およびマニフォールド解析[8]を行うことで、粒子の成長過程に伴う内部構造の変化を明らかにしました。

本研究は、米国の科学雑誌『Nano Letters』に掲載されるのに先立ち、オンライン版(7月10日付け)に掲載されました。

※共同研究チーム

理化学研究所 放射光科学研究センター
利用システム開発研究部門
生物系ビームライン基盤グループ 生命系放射光利用システム開発チーム
客員研究員 苙口 友隆(おろぐち ともたか)
(慶應義塾大学 理工学部 専任講師)
研修生 山本 隆寛(やまもと たかひろ)
(慶應義塾大学 理工学研究科)
客員主管研究員 中迫 雅由(なかさこ まさよし)
(慶應義塾大学 理工学部 教授)
東北大学 大学院 工学研究科
助教 吉留 崇(よしどめ たかし)

※研究支援

本研究は、文部科学省X線自由電子レーザー施設重点戦略課題推進事業「SACLAにおける低温X線回折イメージング実験の展開と標準化」及び日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金 基盤研究A「コヒーレントX線回折による酵母核内の核酸分布イメージング(研究代表者:中迫雅由)」の支援を受けて実施されました。

背景

サブマイクロメートルサイズの「ナノ粒子」は、表面効果や量子効果によってバルク固体とは異なる独特な物性を示すため、現代のナノテクノロジーにおいて重要な基盤技術の一つを担っています。金属ナノ粒子の液相合成法[9]の発展により、さまざまな形状やサイズを持つ粒子が比較的簡単に作製できるようになりました。それに伴い、ナノ粒子をイメージング技術、センシング技術、新しいフォトニック材料、医工学といった幅広い応用技術に利用する研究が急速に発展してきました。

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