IBMとウォリック大学科学者たち、高反応性三角形分子トリアングレンの初高分解能撮像に成功

IBMとウォリック大学研究者たちにより、トリアングレンが初めてクローズアップされました。

（2017年4月7日更新：論文はNature Nanotechnology 4月号表紙を飾りました。）

本日Nature Nanotechnology掲載、IBM科学者たちが不可視を可視化します。

数週間前、IBMは向こう5年間の年次5予測を発表。今、チューリッヒ研究者たちが第6の予測を追加：既知最小分子を前例のない精度で撮像・操作する能力。

従来、ペンタセン、オリンピセン、ヘキサベンゾコロネン、セファランドールAなどの分子は2D棒モデルで描かれてきました。IBMが2009年に導入した顕微鏡法により、世界中の科学者たちがこれら構造を驚異的詳細で撮像可能になり、理論提案から数十年越しで初めて可視化された例もあります。

「このような高分解能で個々の分子を見られることは、特に異常または高反応性種において化学者にとって変革的です」とDavid Fox教授、ウォリック大学。

IBMチームには2名のERCグラント受賞者—Leo GrossとGerhard Meyer—も含まれ、原子操作も実行し、表面上での制御された化学反応を可能にします。

昨年、サンティアゴ・デ・コンポステラ大学CiQUSと共同でベルグマンカルビラーゼ反応を誘発・観察、前年にはアリイン—115年前に提案された短命・高反応性分子—を可視化し存在を確認しました。

今日、IBM研究者たちとウォリック化学者たちが、クラール炭化水素として知られるトリアングレン（1953年初仮説）を合成・特性評価。以前は不安定すぎて単離不可能とされていました。

「オリンピセン骨格に環を一つ追加し、複雑性増大したが、最終的に魅力的特性を持つ分子が生まれました」とAnish Mistry氏、ウォリック大学。

筆頭著者Niko Pavliček氏（IBM）は「アリインとベルグマン研究からの原子操作技術を用い、トリアングレンを生成—未合成・高反応性種で顕著な磁気特性を持つ」と説明。

この研究は、1980年代に元IBM科学者たちがノーベル賞とカヴリ賞を獲得した走査トンネル顕微鏡（STM）と原子間力顕微鏡（AFM）のパイオニア的組み合わせに基づきます。

本研究では、STMチップが電圧誘起トンネル電子で前駆体分子から水素原子2個を除去。生成物を低電圧で撮像し分子軌道を露出。密度汎関数理論計算が、トリアングレンが表面吸着時にも固有特性を保持することを裏付けました。

一酸化炭素終端チップを装備したAFMが、平面分子の6個融合ベンゼン環から成る対称三角形—初の高分解像画像—を解像しました。

Gross氏説明：「通常σラジカルは銅と結合するが、トリアングレンは非局在化不対電子を持つπラジカルであるため、銅上でそのような結合を形成しない—その独特な電子構造を浮き彫りにする驚きの結果です。」

不対電子は分子スケールで磁気モーメントを生成。従来炭化水素では対電子がスピン効果を相殺するが、トリアングレンの非局在化スピンが測定可能な磁気を生み出し、スピントロニクス応用の可能性を秘めます。

Pavliček氏は「トリアングレン様セグメントをグラフェンナノリボンに組み込むことが、有機スピントロニクスデバイスへの有望なルート」と展望。グラフェンナノリボンは軽量高強度複合材としても探求中。

「トリアングレンの磁気がキセノンや塩化ナトリウム表面上でも持続することを実証」とPavliček氏追加。「しかし現在のSTM/AFMに磁場がないため、詳細磁気状態と励起は今後の研究課題として残されます。」

この研究は、IBMの新協働コンソーシアム「IBMリサーチフロンティアインスティテュート」の一環で、メンバーを集めブレイクスルー技術開発とビジネスインパクト評価を行います。

資金は欧州委員会のHorizon 2020 PAMSとITN QTeaプロジェクト、ERCグラントCEMASとAMSELで部分的に提供されました。

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