応用物理学特別演習 平成 28 年 10 月 11 日 ナノバイオ工学研究室 北嶋 凌 3D structure of individual nanocrystals in solution by electron microscopy Jungwon Park 1,2,3,* , Hans Elmlund 4,5,* , Peter Ercius 6,* , Jong Min Yuk 7,8,9 , David T. Limmer 10 , Qian Chen 1,8,11 , Kwanpyo Kim 12 , Sang Hoon Han 13 , David A. Weitz 2,3 , A. Zettl 7,8,9 , A. Paul Alivisatos 1,8,9, † 1 Department of Chemistry, UCB, Berkeley, USA. 2 Department of Applied Physics, Harvard University, Cambridge, USA. 3 School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, USA. 4 Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Biomedical Sciences, Monash University, Clayton, Australia. 5 ARC Centre of Excellence for Advanced Molecular Imaging, Clayton, Australia. 6 Molecular Foundry, LBNL, Berkeley, USA. 7 Department of Physics, UCB, Berkeley, USA. 8 Materials Sciences Division, LBNL, Berkeley, USA. 9 Kavli ENSI, Berkeley, USA. 10 Princeton Center for Theoretical Science, Princeton University, Princeton, USA. 11 Miller Institute for Basic Research in Science, UCB, Berkeley, USA. 12 Department of Physics, UNIST, South Korea. 13 Amore-Pacific Co. R&D Center, South Korea. Science 349, 290-295 (2015) 金属ナノ粒子は原子スケールでの相互作用において特異な性質を示すため、生体イメージン グや再生可能エネルギー、触媒など様々なアプリケーションへの応用が期待されている。ナノ 粒子はバルク材料に比べて体積あたりの表面積が大きく、そのことがバルク材料と異なる原子 配置、電子構造を作り、その特異な性質の原因となっていると考えられているため、3 次元構 造を実験的に明らかにすることはナノ粒子の物性や合成、成長メカニズムの理解のために非常 に重要である。本論文では、まず化学的に直径 2 nm ほどに合成した Pt ナノ粒子を含む溶液を グラフェン 2 枚の間に封入した試料を作製し、高分解能 TEM と直接電子検出器を用いて液中 ナノ粒子の高分解能動画を取得した。そしてその動画を生体分子構造解析のために開発された 単粒子 3 次元再構成アルゴリズムを用いて解析することで液中金属ナノ粒子の 3 次元構造再構 成を行った。この手法により 2 つの Pt ナノ粒子の構造再構成を行った結果、これらの 2 つの ナノ粒子はどちらも 3 つの結晶ドメインからなっており、その格子は界面付近で大きく湾曲し ている部分があることがわかった(図 1)。このことから、金属ナノ粒子は複数のより小さな粒 子が集まって成長し、融合の際の格子ズレは室温程度のエネルギーでは解消されないことが示 唆された。また、粒子中のドメインの向きのズレはエネルギー状態が安定となる角度と一致し ており、手法の妥当性を示している。開発された手法は液中でのナノ粒子のその場観察により 3 次元構造再構成を行っているため、粒子の成長、触媒反応のその場観察にも応用できると期 待される。 図 1 3 次元再構成された溶液中における 2 つの Pt ナノ粒子の電子密度マッピング スケールバー:0.5nm
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応用物理学特別演習
平成 28 年 10 月 11 日
ナノバイオ工学研究室 北嶋 凌
3D structure of individual nanocrystals in solution
by electron microscopy
Jungwon Park1,2,3,*, Hans Elmlund4,5,*, Peter Ercius6,*, Jong Min Yuk7,8,9, David T.
Limmer10, Qian Chen1,8,11, Kwanpyo Kim12, Sang Hoon Han13, David A. Weitz2,3, A. Zettl7,8,9,
A. Paul Alivisatos1,8,9,†
1Department of Chemistry, UCB, Berkeley, USA. 2Department of Applied Physics, Harvard University, Cambridge, USA. 3School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, USA. 4Department of Biochemistry
and Molecular Biology, School of Biomedical Sciences, Monash University, Clayton, Australia. 5ARC Centre of Excellence for Advanced Molecular Imaging, Clayton, Australia. 6Molecular Foundry, LBNL, Berkeley, USA.
7Department of Physics, UCB, Berkeley, USA. 8Materials Sciences Division, LBNL, Berkeley, USA. 9Kavli ENSI, Berkeley, USA. 10Princeton Center for Theoretical Science, Princeton University, Princeton, USA. 11Miller Institute for
Basic Research in Science, UCB, Berkeley, USA. 12Department of Physics, UNIST, South Korea. 13Amore-Pacific Co. R&D Center, South Korea.
Science 349, 290-295 (2015)
金属ナノ粒子は原子スケールでの相互作用において特異な性質を示すため、生体イメージン
グや再生可能エネルギー、触媒など様々なアプリケーションへの応用が期待されている。ナノ
粒子はバルク材料に比べて体積あたりの表面積が大きく、そのことがバルク材料と異なる原子
配置、電子構造を作り、その特異な性質の原因となっていると考えられているため、3 次元構
造を実験的に明らかにすることはナノ粒子の物性や合成、成長メカニズムの理解のために非常
に重要である。本論文では、まず化学的に直径 2 nm ほどに合成した Pt ナノ粒子を含む溶液を
グラフェン 2 枚の間に封入した試料を作製し、高分解能 TEM と直接電子検出器を用いて液中
ナノ粒子の高分解能動画を取得した。そしてその動画を生体分子構造解析のために開発された
単粒子 3 次元再構成アルゴリズムを用いて解析することで液中金属ナノ粒子の 3 次元構造再構
成を行った。この手法により 2 つの Pt ナノ粒子の構造再構成を行った結果、これらの 2 つの
ナノ粒子はどちらも 3 つの結晶ドメインからなっており、その格子は界面付近で大きく湾曲し
ている部分があることがわかった(図 1)。このことから、金属ナノ粒子は複数のより小さな粒
子が集まって成長し、融合の際の格子ズレは室温程度のエネルギーでは解消されないことが示
唆された。また、粒子中のドメインの向きのズレはエネルギー状態が安定となる角度と一致し
ており、手法の妥当性を示している。開発された手法は液中でのナノ粒子のその場観察により
3 次元構造再構成を行っているため、粒子の成長、触媒反応のその場観察にも応用できると期
待される。
図 1 3 次元再構成された溶液中における 2 つの Pt ナノ粒子の電子密度マッピング
スケールバー:0.5nm
応用物理学特別演習
平成 28年 10 月 11 日
極限量子光学研究室 跡部 龍之介
Measurement and laser control of attosecond charge
migration in ionized iodoacetylene
P. M. Kraus1, B. Mignolet2,3, D. Baykusheva1, A. Rupenyan1, L. Horný1, E. F. Penka4, G. Grassi1, O. I. Tolstikhin5, J. Schneider1, F. Jensen6, L. B. Madsen7, A. D. Bandrauk4, F. Remacle2,
and H. J. Wörner1* 1Laboratorium für Physikalische Chemie, ETH Zürich, 8093 Zürich, Switzerland. 2Department of
Chemistry, Université de Liège, B4000 Liège, Belgium. 3PULSE Institute and Department of Chemistry, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA. 4Laboratoire de Chimie Théorique,
Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Quebec J1K 2R1, Canada. 5Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny 141700, Russia. 6Department of Chemistry, Aarhus University, 8000 Aarhus
C, Denmark. 7Department of Physics and Astronomy, Aarhus University, 8000 Aarhus C, Denmark. Science 350 (6262), 790-795 (2015)