ナノ粒子—別名ナノパウダー、ナノクラスター、ナノクリスタル—は、少なくとも1つの寸法が100nm以下の微小粒子です。この極めて小さなサイズゆえに、ナノ粒子はバルク材料と個々の原子・分子の中間的な位置を占め、独特の物理的・化学的特性を発現します。 主要な物理メカニズム 表面支配的挙動： 表面積/体積比が高いため、大部分の原子が表面に位置し、電子的・光学的特性に強く影響します。 量子閉じ込め： 電子が三次元で閉じ込められ、バンドギャップが拡大し、離散的なエネルギー準位が形成されます。これによりサイズ依存的な吸収・発光スペクトルが生じます。 再結合経路： 光励起電子-正孔対は放射的再結合（光子放出

ナノコンクリートの革新 ナノコンクリートは500nm以下の微細なポートランドセメント粒子を取り入れ、原子レベルでの反応制御によりバルク特性を劇的に向上させます。この精密エンジニアリングにより、薄型製品、より速い硬化時間、従来配合比と比較して環境フットプリントの削減を実現します。 ナノコンクリートはナノシリカ等のナノ材料の優れた反応性を活用し、マイクロシリカ汚染を抑制、建設コストを削減し、初期および長期の圧縮・引張強度を両立させます。作業性が向上し、スーパープラスチックザーが不要になり、作業者の珪肺症リスクを排除します。 主要ナノ材料 - ナノシリカ (SiO2) - ナノ二酸化チタン (Ti

本日、IBMリサーチはナノ粒子向け揺動ブラウン運動モーターの初実証を発表し、査読誌『Science』に掲載されました。このデバイスはナノスケール粒子を設計されたラチェット軌道上で誘導し、ナノ粒子集団を前例のない精度で分離可能にします。これらの知見は、材料科学、環境科学、生化学におけるラボオンチップ応用に大きな期待を抱かせます。 もはやおとぎ話ではない グリム童話のシンデレラが豆とレンズ豆を選り分ける場面を思い出してください。代わりに、直径60ナノメートルと100ナノメートルの粒子懸濁液—人間の髪の毛の直径の数千分の一—を想像してください。従来の分離法には巨大なフィルターや複雑な機械が必要で、携

本日『Nature Nanotechnology』誌に発表されたブレークスルーにおいて、IBMの科学者たちは、絶縁表面上に配置された単一分子のエネルギー準位を初めて定量化しました。このマイルストーンは、実用的な単一分子電子デバイスの実現に一歩近づけます。 背景 1980年代以来、原子間力顕微鏡（AFM）は、鋭いチップと試料間のピコニュートン級の力を検出することを可能にしてきました。2009年、IBMと共同研究者たちは非接触AFMが表面上の個々の原子の電荷状態を決定できることを実証しました。この成果を基に、現在の研究は絶縁層上の単一分子へと技術を拡張し、この分野の長年の課題を克服しました。 手法

溶解性有機炭素（DOC）は地球最大の還元炭素貯蔵庫であり、生物圏の約200倍の質量、大気中のCO₂プールと匹敵します。しかし、DOCの約10%しか化学的に特性評価されておらず、この巨大な貯蔵庫が気温上昇や他の気候変動ストレスにどう応答するかを予測する上で重要な知識の空白となっています。 IBMリサーチ・チューリッヒと、チューリッヒ大学、UCアーバイン、UCサンタクルーズの著名な化学海洋学者たちとの共同研究により、DOCを構成する個々の分子が初めてイメージングされました。結果は査読誌『Geophysical Research Letters』に掲載され、海洋炭素循環への新たな窓を開きます。 古代

ナノ材料は比類なき光学的・電気的特性を備え、主流半導体製造へのボトムアップ統合が期待されています。しかし、チップ上の指定位置への精密かつ無汚染な堆積は依然として大きな障壁です。グラフェン—極めて薄く、強靭、柔軟、高導電—が変革的な解決策を提供します。 IBMリサーチ・ブラジルの産業技術科学グループでは、ナノ材料—ミリメートルの百万分の一サイズの粒子—を開発・応用・スケールアップし、大量生産用途に向けています。30年前には単一原子の観測・操作は不可能でしたが、現代技術ではナノスケール挙動の探査とモデリングが可能です。 新論文「溶液からのグラフェンを用いた指向性ナノ材料配置による大規模デバイス統合

シリコンバレーにあるIBMリサーチ・アルマデンは、史上初めて単一原子の核が生成する磁場を測定しました。この発見は『Science』誌に掲載され、核の微かな磁気的影響が周囲の電子への効果を通じて検出可能であることを示しています。この技術は同位体情報、具体的には中性子数を提供し、原子の磁化が局所的な原子環境によってどのように変化するかをマッピングします。この成果はナノスケールセンシングの新たなフロンティアを開き、核スピンベースのスピントロニクスデバイスへの重要な前進となります。 図1：実験の概略図。各赤い球は表面に結合した磁性原子を表す。一部は核心に核スピン、すなわち小さな磁石を自然に持つ。STM

IBMリサーチは、単一銅原子の磁気を精密に制御する技術を先駆的に開発し、原子スケールのデータストレージと量子計算への道を開きました。 最近、『Nature Nanotechnology』誌に発表された研究で、核磁気共鳴（NMR）を単一銅核に適用できることを実証しました。この手法は、磁気共鳴画像（MRI）や分子構造解析の基盤となっています。 走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いた単一原子NMRの実現は史上初です。STMはIBMのノーベル賞受賞発明であり、原子を個別にイメージングし、配置することを可能にします。STMの超鋭利な金属針先を表面走査させることで、単一原子の形状を検出し、さらにはそれらを

現代デジタルコンピュータが社会を再構築しましたが、それらを支えるコア技術には依然として進化の大きな余地があります。データ量膨張とAIワークロード増大に伴い、より強力で効率的なコンピューティングプラットフォームへの需要が高まっています。 電子トランジスタとノイマン型アーキテクチャは、今日のシリコンベースシステムの双子の柱です。より多くのトランジスタをより小さなチップに詰め込むことで、人類を月面着陸させた初期コンピュータより桁違いに強力なデバイス—スマートフォン、ラップトップ、サーバー—を構築してきました。それでもこれら技術がコンピューティング物語の最終章ではありません。 近年、根本的に異なるコン

生物学的システムでのエネルギー変換と輸送は、分子の精密な帯電と放電にかかっています。クロロフィルやヘモグロビンのようなポルフィリンはこれらプロセスの中心であり、電荷誘起構造変化は有機エレクトロニクスと光起電力デバイスの性能も駆動します。 分子が電子を得たり失ったりすると、その幾何学と電子構造が変化します。これら微細な変化を原子レベルで解像することで、電荷状態と機能のリンクへの前例なき洞察が得られます。 IBMリサーチの同僚たちが、CiQUS、サンティアゴ・デ・コンポステラ大学、エクソンモービルと共同で、Scienceに報告：個々の分子の帯電時構造進化を原子分解能で撮像することに成功。研究対象

初めて、研究者たちが18個の炭素原子からなる環を安定化し直接撮像し、難解なシクロ[18]カーボン構造を確認しました。 炭素は宇宙で最も豊富な元素の一つで、ダイヤモンドの硬度（各炭素が四面体結合）からグラファイト、グラフェン、ナノチューブ、フラーレンの平面シート（各炭素が三配位）まで、根本的に異なる特性を示す多くの同素体で存在します。 これらの中で、シクロカーボン—各炭素がわずか二つの隣接原子とのみ結合した炭素原子環—は長らく理論上の存在に留まっていました。長年、環の結合がすべて同一（二重結合）か、短いと長いの交互（単結合-三重結合交互）かで議論されてきました。気相証拠は存在しましたが、これら分

IBMリサーチチームが量子制御で画期的ブレイクスルーを達成、個々の原子が量子情報処理の信頼できるキュビットとして機能することを実証。 新論文「表面上の個々の原子のコヒーレントスピン操作」がScience誌に掲載。単一原子をキュビットとして使用する初の成功例を報告。量子ビット、またはキュビットは、量子コンピュータの前例なき処理能力を可能にする基礎単位です。 この成果は、原子を一度に一つずつ撮像・再配置する能力でノーベル賞を獲得したIBM発明の走査トンネル顕微鏡（STM）を用いた単一原子キュビット初実現です。STMの精度が重要なのは、各原子キュビットをナノメートル精度で配置・配列でき、研究者たちに

光ファイバーで測定中の集積デバイス付きGaP-on-insulatorチップ。緑色の輝きはリング共振器をレーザーで励起した際の三次高調波光。 査読論文Integrated Gallium Phosphide Nonlinear PhotonicsがNature Photonicsに掲載。我々のチームは結晶性ガリウムホスファイド（GaP）を用いたオンチップ光操作のブレイクスルーを実証。この発展により、既存半導体技術とシームレスに統合可能な高性能フォトニックデバイスが実現し、通信、センシング、天文学、量子コンピューティングへの広範な応用スペクトルが開かれます。 ガリウムホスファイドは長らくフォト

IBMリサーチ科学者Leo Gross博士、レーゲンスブルク大学Jascha Repp教授、サンティアゴ・デ・コンポステラ大学Diego Peña Gil教授が、プロジェクト「原子操作による単一分子デバイス」（MolDAM）でERCシナジーグラントを受賞。最大6年間で900万ユーロがこの学際的取り組みに提供されます。 MolDAMは物理学者と化学者を結集し、個々の分子と化学結合の操作をマスターします。目標は、走査プローブ顕微鏡を用いて原子精度で新規分子とナノ構造を構築し、化学反応をリアルタイムで観察することです。 プロジェクトビジョン 物理学者でノーベル賞受賞者Richard Feynmanの

本日公開された研究で、IBMチューリッヒ研究者たちが、金で作られた金属量子点コンタクトの熱伝導率を、単一原子レベルまで室温で初めて定量化しました。 デバイスがナノスケールに縮小するにつれ、放熱は信頼性の重要因子になります。昨年、IBMチューリッヒ科学者たちとETHチューリッヒ学生たちが走査プローブ熱測法（動画）を先駆け、10nm構造の温度測定を可能に。このブレイクスルーでエンジニアたちはチップ全体の熱損失マッピング、そして決定的に個々のデバイスレベルまで可能になり、温度分布への前例なき洞察を得ました。 電子部品が10nm閾値に接近し最終的に下回る中、熱的に検出可能な最小構造決定が不可欠になりま

https://www.ibm.com/blogs/research/wp-content/uploads/2017/02/32305901096.mp4 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。） 2017年4月号 Volume 12 No 4 Nature Nanotechnology。画像クレジット：Niko Pavlicek, IBM Research。表紙デザイン：Bethany Vukomanovic 本日Nature Nanote

IBMが2015年、GLOBALFOUNDRIESとSamsungとのパートナーシップで機能的7nmテストチップを初公開したとき、1年以内の製造準備完了を予想していました。今日、半導体業界は加速し、IBMは7nmノード以降の次世代への道筋を描いています。 本年の国際光学会（SPIE）先進リソグラフィ会議で、IBMは7つの論文を発表し、すべて極端紫外線（EUV）リソグラフィを中心に、7nmノード以降への移行を駆動する技術的進歩を照らし出しました。 サブナノメートルトランジスタ寸法と原子スケールインターコネクト実現には、高分解能かつプロセス効率の良いパターニング技術が要求されます。EUVは単一露

IBMチューリッヒの科学者たちが、高移動度材料をシリコンCMOSに統合し7nm以下へデバイススケーリングする5年間の画期的研究で、2017年化合物半導体業界イノベーション賞を受賞しました。 モバイルフォンからIoT、クラウドインフラまで、消費電力と性能の間には持続的な緊張関係があります。IBMチームは二つの柱で解決を提案：技術ノードスケーリングと新規高移動度材料採用。 受賞研究は、インジウムガリウム砒素（InGaAs）/シリコンゲルマニウム（SiGe）CMOSプロセスを、高量産向け300mmウェーハスケール製造でシリコン（Si）基板上で初めて実証。このハイブリッド統合は、7nmノード以降のデジ

本日、査読誌Nano Lettersに掲載された研究で、IBM科学者たちがシリコン上に統合されたInAs III-V族半導体ナノワイヤを電子が通過し、初めてバリスティック輸送を達成しました。このマイルストーンは、将来の高性能コンピューティングシステムに組み込み可能な次世代量子ワイヤデバイスの基盤を築きます。 筆頭著者でIBM科学者のJohannes Gooth博士が、詳細なQ&Aでこの研究の意義を解説します。 Q: 論文タイトルは「バリスティック一次元InAsナノワイヤクロスジャンクションインターコネクト」。このナノスケールバリスティック輸送が提示する課題は？ JG： 原子スケールでミサイルを

3,500万曲のiTunesライブラリ全体がクレジットカードサイズのデバイスに収まる未来を想像してください。まだ夢ですが、IBMリサーチ・アルマデン（カリフォルニア州サンノゼ）の最近の研究がその現実に一歩近づけました。Nature掲載の研究で、単一原子上での1ビットデータ読み書きを実証—驚くべきことに、一般的なハードディスクドライブは1ビットあたり10万〜100万個の原子を使用します。 希土類元素である単一ホルミウム原子が、世界最小磁石として1ビットデータをエンコード。 仕組み ビット—情報の基本単位—は0または1のみを取り、ライトスイッチのようです。信頼性のある磁気ビットを作るのに必要な最