研究内容の概要
数個 から1000 個程度の原子・分子数から成るナノメートルサイズ (1 nm = 10–9 m) の物質（金属・半導体・有機物）を、主に化学的な手法により大量に合成し、その物理的・化学的な性質がマクロな大きさの時とどのように異なるかを光・電子・磁気などを用いて調べています。
研究室スタッフ
教授：田島 裕之
准教授：八尾 浩史
助教：佐藤 井一
外国人特別研究員
最近の研究成果 --- It is hot !
(1) サイズが原子レベルで制御された光学活性（キラル）金・銀ナノクラスターの作製に成功し、その光機能性・光学活性の起源を詳細に調べた。金ナノクラスターでは表面配位子のもたらす不斉場にその要因がある事を、銀ナノクラスターでは金属コアのねじれが主要な原因である事を明らかにした。更に、アキラルな配位子で修飾された金属ナノクラスターの表面反応（キラル相間移動やボロン酸–糖類間の結合反応）を利用し、そのクラスターの不斉変換を容易に達成する術を見出した。
(2) イオン性の有機物（特に光機能性色素）とそれとは反対の電荷を持つ疎水的な対イオンを水中で「混合するだけ」で有機ナノ粒子が作製できる手法を開発し、「イオン会合法」と名付けた。さて一般に、有機物は溶液中ではたとえ強発光であっても固体にするとそのほとんどは光らなくなる（濃度消光）。イオン会合法で作製される有機ナノ粒子は、有機イオンの周りは反対電荷の対イオンで占有されているため、自己消光の問題を解決する事ができる。上記考察に基づき、シアニン系色素の強発光性有機ナノ粒子の作製に成功した。また、対イオンの存在比をコントロールするだけでナノ粒子のサイズが制御可能であった。
(3) ゲルマニウムやシリコンナノ結晶にそのバンドギャップよりも高いエネルギーを持つ光を照射すると表面酸化膜の成長が急速に進む。この光酸化をナノ結晶のサイズ制御に応用する事を試みた。赤色光から紫外光にかけての様々な単色光を照射してこれらナノ結晶の光酸化を誘導する。表面酸化によりこれらナノ結晶核は徐々にそのサイズを小さくするが、その照射光エネルギーに対応するサイズに等しくなる時点で光吸収はなくなり、これ以上の酸化は抑えられる。この様なメカニズムにより、照射光波長に対応するサイズのゲルマニウム・シリコンナノ結晶を得ることに成功した。
(4) 表面保護金ナノ粒子を3次元格子状に配列させ、その電気的性質、光学的性質を調べた。3次元格子が多数集まってできた薄膜試料の電流電圧(I-V)特性は、室温から20Kの全ての領域で通常の金属と同様にオームの法則に従った。伝導度は約500S/cmと半導体領域であったが、温度の低下とともに伝導度が若干上昇するという金属的な温度変化を示した。次に、金ナノ粒子格子の誘電率を光学的に評価した。得られた誘電率の値は金ナノ粒子のサイズに依存して5～11となり、Maxwell-Garnet理論の予想値に近い値となった。これは、構成要素である金ナノ結晶のサイズを調節することで誘電率を制御できる事を意味する。