金属ナノ粒子における量子サイズ効果の理解とその物性応用

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K18600
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分13:物性物理学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石田 憲二 京都大学, 理学研究科, 教授 (90243196)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• キーワード: 金属ナノ粒子 / 核磁気共鳴 / 核スピンー格子緩和率

研究成果の概要

我々は粒径が4nm程度の白金(Pt)ナノ粒子において、核スピン-格子緩和率(1/T1)の測定から10K以下の低温において金属的な振舞いから大きくずれ、1/T1に明瞭なピークが見られることを見出した。その振舞いの粒径依存性やPt1-xCuxやPt1-xPdx、AuCuのナノ粒子を調べることから、我々が見出した異常はd電子の状態密度のみに起因した「量子サイズ効果」であり、久保先生により提唱されていた量子サイズ効果に電子相関の効果が存在することを示した結果と考えられる。

自由記述の分野

低温物性測定

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属ナノ粒子の核磁気共鳴の研究は1990年代まで盛んにおこなわれていたが、その後研究はほとんど行われていなかった。我々はd電子金属ナノ粒子に対しNMRを行うことから、Ptナノ粒子に対しd電子の状態密度に起因した「量子サイズ」効果を見出した。ナノ粒子の物理に対しては久保先生が提唱された量子サイズ効果が広く受け入れられているが、我々の発見はナノ粒子の物理に当時考えられていなかった電子相関の効果が存在することを示唆しているものと考えられる。今後電子相関の効果を取り入れた量子サイズ効果の理論が構築されることが望まれる。