Quantum-size effect on metallic nanoparticles, its implications and applications
| Project/Area Number |
21K18600
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
石田 憲二 京都大学, 理学研究科, 教授 (90243196)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | ナノ粒子 / 量子サイズ効果 / 核磁気共鳴 / 低温物性 / 金属ナノ粒子 / 核磁気共鳴実験 |
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| Outline of Research at the Start |
我々は既にナノ粒子研究においてNMR実験の有用性を示し、量子サイズ効果をNMR測定から検出に成功した。明らかになったこととしては、低温において状態密度の離散化に伴いフェルミエネルギー近傍にエネルギーギャップが存在し絶縁体的な状態が実現していることである。この性質に着目し、室温で金属・絶縁体転移を示すナノ粒子の探索を行う。量子サイズ効果に基づく金属・絶縁体転移の探索は今までになかった発想であり、もし成功すれば、産業界への応用が広がるものと考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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)ナノ粒子に対して発見した、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、また他の金属を混ぜることによりこの効果がどのような影響を受けるのかを調べてきた。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、Ptと似たd電子伝導のパラジウム(Pd)とs電子伝導の銅(Cu)を混ぜたナノ粒子で違いが見られるか調べた。Pt-Cu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。その結果、量子サイズ効果はPt-Pdナノ粒子やPd単体のナノ粒子にも見られるの対し、Pt-Cuナノ粒子ではCuの量が半分を超えたナノ粒子からPtで見られた量子サイズ効果が急激に抑制され、Cuナノ粒子では見られないことがわかった。またd電子を含まないAu-Cuナノ粒子ではPtで見られた量子サイズ効果は見られない。これらの結果は、Ptで見られた量子サイズ効果はd電子が重要な役割をなし、今まで考えられてきた量子サイズとは異なることが明らかになった。現在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、Pt-Ni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測定から調べた。その結果high-entropyナノ粒子では量子サイズ効果が抑制されていることがわかった。
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
