世界初!王水に解けたプラチナ原子が遊泳する様子の撮影に成功!
世界初!王水に解けたプラチナ原子が遊泳する様子の撮影に成功! / Credit:Nick Clark et al . Tracking single adatoms in liquid in a Transmission Electron Microscope (2022) . Nature
physics
Graphene scientists capture first images of atoms ‘swimming’ in liquid https://www.manchester.ac.uk/discover/news/graphene-scientists-capture-first-images-of-atoms-swimming-in-liquid/
Tracking single adatoms in liquid in a Transmission Electron Microscope https://www.nature.com/articles/s41586-022-05130-0

2022.08.03 Wednesday

世界初!王水に解けたプラチナ原子が遊泳する様子の撮影に成功!

溶けたプラチナ原子の1つ1つがハッキリ見えます。

英国のマンチェスター大学(The University of Manchester)で行われた研究によれば、王水に解けたプラチナ原子が溶液中を浮遊しながら動いている様子を撮影することに成功した、とのこと。

これまでさまざまな方法で単一原子の可視化が行われてきましたが、溶液中に解けている原子の可視化に成功したのは、今回の研究が世界ではじめてです。

また今回の研究では、溶液に解けた原子が固体表面とどのように相互作用するかがはじめて視覚的に観測され、溶液の外側の原子のほうが溶液中の原子よりも早く動いていることなど、新たな発見もなされました。

研究者たちは、溶媒に解けた溶質の動きを原子レベルで理解できるようになれば、電池などの化学反応や細胞内部で起こる生命現象に対する理解を、新たな段階に押し上げることができると述べています。

しかし、いったいどんな手段を使って、溶液中の原子の動きを観測できたのでしょうか?

研究内容の詳細は2022年7月27日に『Nature』にて掲載されました。

液体に溶けた原子の挙動は謎だった

私たちは今、ナノテクノロジー革命を迎えようとしているのかもしれない
私たちは今、ナノテクノロジー革命を迎えようとしているのかもしれない / Credit:IBM

ナノテクノロジーの進歩により、人類は単一原子レベルの操作やその視覚化ができるようになってきました。

有名な例として知られているのが1989年にIBMの技術者によって行われた、原子を使った文字の作成です。

この技術はニッケルの基板上に35個のキセノン原子を「IBM」の形に配列させたものであり、原子を平面上に正確に配置したはじめての例となりました。

その後も原子レベルでの操作や観測技術は向上を続け、

原子が結合して分子になる様子、

原子が結合して分子になる様子を「動画」で撮影することに成功

分子内部の原子が揺れ動く様子、

「分子内の原子」まで見える物理的限界にせまった画像を公開

機械的な力で原子を操作して化学結合を破壊することも可能になりました。

機械的な力で原子を操作し「化学結合を破壊する」瞬間が撮影される

しかしこれらの研究で示されているような原子レベルでの解像度を得るには、電子顕微鏡から発せられる電子のビームが対象と相互作用する様子を測定する必要があります。

ターゲットとなる原子まで遮るものがない真空中では電子は素直な反射をみせるため観測に問題はありません。

しかしターゲットとなる原子が溶液中に溶け込んでいる場合、電子ビームが散乱してしまうため、正確な画像データを得ることができず、研究報告の内容も安定しませんでした。

そのため人類にとって溶液中の原子の動きは「ブラックボックス」となっていたのです。

わざわざ原子1つ1つの動きを肉眼で確認することに意味があるか、と疑問に思う人がいるかもしれません。

しかし近年のナノテクノロジーや量子生物学の進歩により、局所的な原子の動きが化学反応や生命現象に大きな影響を与えることがわかってきました。

ナノサイズの世界では、大雑把な模型図や簡単な反応式では書き尽くせない、原子の不思議な挙動が明らかになってきたからです。

そのため全ての化学反応や生命現象を原子レベルの解像度で理解することができれば、真の意味でのナノテクノロジー革命が起こると期待されています。

次ページ最先端材料を使ったサンドイッチで溶けたプラチナ原子を追う

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