Atomic arrangement analysis of functional nanoparticles by advanced electron microscopy

金属ナノ粒子が呈する触媒や光学などの機能発現・向上は，原子間距離の変化すなわち格子ひずみに依存することが知られている一方で，原子スケールでの材料解析は不足していた．そこで本研究では，最先端の走査透過電子顕微鏡を用いて金属ナノ粒子の原子配列を精密測定するとともに，理論物理計算を併せることで原子配列がどのような因子によって決定されるか解明することを目的としてきた．申請者は金ナノロッドの原子配列解析によるこれまでの研究から，ロッドの両端に局所的な膨張ひずみが生じることを明らかにしていた．主に本年度は，その膨張ひずみの起源を明らかにするべく，経験的原子間ポテンシャルに基づく分子動力学計算を進めてきた．実験と同様なロッド形状と，回転楕円体形状に関して計算して結果を比較したところ，回転楕円体には金属表面に一般的な表面収縮が見られ，実験で観察された膨張ひずみはロッド形状に関する計算にのみ再現された．弾性異方性を示す金に対して比較的弾性等方な白金のポテンシャルを用いた計算においても同様に，ロッド状粒子にのみ膨張ひずみの傾向が見られ，弾性異方度は膨張ひずみの根源的な理由ではないことが分かった．ここで，計算に用いた原子模型について，回転楕円体の曲率は連続的に変化する一方で，ロッド形状のそれは先端部で急峻に変化する．したがってナノロッドに生じる膨張ひずみは形状効果に起因して発現すると結論づけられた．現在，以上の成果を論文としてまとめており，国際学術誌への投稿に向けて最終調整中である．本研究とそのさらなる展開によって，金属ナノ粒子の機能を特徴づける局所構造に対する理解が深まり，材料研究に広く波及してその発展に貢献できものと期待している．

金属ナノ粒子が呈する触媒や光学などの機能発現・向上は，原子間距離の変化すなわち格子ひずみに依存することが知られている一方で，原子スケールでの材料解析は不足していた．そこで本研究では，最先端の走査透過電子顕微鏡を用いて金属ナノ粒子の原子配列を精密測定するとともに，理論物理計算を併せることで原子配列がどのような因子によって決定されるか解明することを目的としてきた．申請者は金ナノロッドの原子配列解析によるこれまでの研究から，ロッドの両端に局所的な膨張ひずみが生じることを明らかにしていた．主に本年度は，その膨張ひずみの起源を明らかにするべく，経験的原子間ポテンシャルに基づく分子動力学計算を進めてきた．実験と同様なロッド形状と，回転楕円体形状に関して計算して結果を比較したところ，回転楕円体には金属表面に一般的な表面収縮が見られ，実験で観察された膨張ひずみはロッド形状に関する計算にのみ再現された．弾性異方性を示す金に対して比較的弾性等方な白金のポテンシャルを用いた計算においても同様に，ロッド状粒子にのみ膨張ひずみの傾向が見られ，弾性異方度は膨張ひずみの根源的な理由ではないことが分かった．ここで，計算に用いた原子模型について，回転楕円体の曲率は連続的に変化する一方で，ロッド形状のそれは先端部で急峻に変化する．したがってナノロッドに生じる膨張ひずみは形状効果に起因して発現すると結論づけられた．現在，以上の成果を論文としてまとめており，国際学術誌への投稿に向けて最終調整中である．本研究とそのさらなる展開によって，金属ナノ粒子の機能を特徴づける局所構造に対する理解が深まり，材料研究に広く波及してその発展に貢献できものと期待している．