理研,銅キューブ粒子の内部構造変化の可視化に成功

理化学研究所(理研)は,金属ナノ粒子の一つである「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(XFEL)施設「SACLA」を光源として用いたX線回折イメージング(XDI)法によって明らかにした(ニュースリリース)。

サブマイクロメートルサイズ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,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る。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となる。形状・サイズは,電子顕微鏡で観察できるが,内部構造を観察する測定手法はなかった。

今回,研究グループは,「SACLA」で得られる集光ミラーで強度が増強されたXFELパルスを用いるX線回折イメージング法(XDI)測定によって,成長過程にある多数の銅キューブ粒子の内部構造を観察した。

透過性が高く,かつ強度が極めて大きいXFELパルスを用いたXDI測定では,透過電子顕微鏡観察の適用範囲を超えた厚みを持つナノ粒子の内部構造を25nm分解能で観察できる。さらにSACLAでは,XFELパルスが30Hzで供給されるため,短時間で極めて多数の粒子の内部構造を観察できる。

集光XFELパルスは1ショットでも照射された物体を破壊するため,銅キューブ粒子を薄く散布した薄膜をXFELパルス照射位置に対して高速で並進させる(スキャンする)ことで,破壊されていない粒子の回折パターンを測定した。

この「XFEL-XDI法」により銅キューブ粒子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を行なうことで,粒子の成長過程に伴う内部構造の変化を明らかにした。

この研究成果は,液相合成法による金属ナノ粒子の成長メカニズムに新しい知見を提供するだけでなく,これまで密度分布は一様であるとの前提で進められてきた金属ナノ粒子の物性研究の考え方に大きな転換を迫るものだという。今後,この手法がナノ物理の重要な柱の一つとなるだけでなく,細胞の内部構造観察などの生物学的研究にも裾野を広げていくと考えられるとしている。

その他関連ニュース

  • 関学,半導体ナノ粒子の意図的な配列に成功 2018年12月10日
  • 阪大ら,X線レーザーを10nm以下まで集光 2018年11月29日
  • 分子研ら,光学顕微鏡で金ナノ粒子の位置決定精度を向上 2018年11月29日
  • 理研ら,絶縁体-金属相転移のメカニズムを発見 2018年11月22日
  • 芝工大ら,プラスチックナノ粒子で神経伝達物質を可視化 2018年10月25日
  • 産総研ら,サブマイクロ球状粒子の大量合成に成功 2018年10月10日
  • 東工大ら,多元合金ナノ粒子の新合成手法を開発 2018年09月25日
  • JAIST,イムノクロマトを高感度化する金属ナノ粒子を創製 2018年09月21日