Quantum-size effect on metallic nanoparticles, its implications and applications

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本研究では、サイズが制御された金属ナノ粒子や、複数元素からなるナノ粒子に対し核磁気共鳴(NMR)測定を用い、金属ナノ粒子特有な現象を発見し、その物性理解や応用へ努める。特に最近我々が白金(Pt)ナノ粒子に対して見出した、核スピン-格子緩和率(1/T1)に見られる「量子サイズ効果」が他の金属ナノ粒子にも見られるのか明らかにし、物性応用につなげる。Ptは強磁性状態に近い金属として知られ、フェルミエネルギーにはPt-5d電子が支配的である。我々はPtナノ粒子で見られた量子サイズ効果が他のd電子金属のパラジウム(Pd)やルテニウム(Ru)ナノ粒子にも見られるのか、PdやRu核のNMR測定から調べる。さらにPtのd電子の寄与や元素置換の効果を調べるために、同族でフェルミエネルギーに4d電子の寄与を持つPdを混ぜたナノ粒子や、比較として、フェルミエネルギーにd電子の寄与を持たないCuを混ぜたPt1-xCuxナノ粒子の研究を行っている。特に、Pt1-xCuxナノ粒子では、PtとCu-NMRを行うことから、異なる元素サイトで状態密度が異なるのか微視的に調べることが出来る。また、Ptナノ粒子が強磁性元素のNiを混ぜることによりNi濃度がいくらから強磁性を示すようになるのか、Pt1-xNixナノ粒子を作成しPt-NMR測定から調べている。さらに最近注目を集めているhigh-entropyマテリアルのナノ粒子PtPdRhRuIrの磁性や電子状態もPt-NMR測定から調べる。また、d電子を含まないナノ粒子Au1-xCuxにPtナノ粒子に見られた「量子サイズ効果」が見られるかCu-NMR測定から調べ、d電子が伝導に関係しているナノ粒子とそうでないナノ粒子の違いを調べる。