ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No2

概要

日本結晶学会誌Vol58No2

日本結晶学会誌 第58巻 第2号（2016） 85日本結晶学会誌 58，85-90（2016）最近の研究から1．はじめに今日までにさまざまな手法によりサブミクロンからナノメートルサイズの微粒子が作製され，その構造や磁気・電気・光学特性などに関する研究が数多く報告されている．ナノメートルサイズの微粒子では，粒子の全体積に対する表面部分の割合が大きくなり，その表面状態が粒子の構造や物性に大きな影響を及ぼす．そこでは，表面効果や有限サイズ効果が顕著に現れ，バルク結晶とは異なる結晶構造や物性が出現する．ナノ粒子を対象とした研究を進めるうえで，実験試料作製上の困難や試料の微弱信号上の困難が伴うが，近年のナノ粒子の作製手法と物性測定技術の発展により，ナノ粒子を対象とした研究において多くの興味深い振る舞いが報告されている．これまでにさまざまなナノ粒子の研究が進められているが，多元素化合物や複雑な結晶構造をもつ物質のナノ粒子の研究は多くない．機能性材料物質の多くは多元素化合物や複雑な結晶構造であり，ナノ粒子の応用利用のためにこれらの物質のナノ粒子の研究を進める意義はおおいにある．ナノ粒子の詳細な研究を進める際，粒子サイズとその粒径分布の制御は必要不可欠である．本稿で紹介するメソ多孔体の細孔中でナノ粒子を合成する手法は，限られたナノメートルサイズの空間中で物質を合成するため，サイズ制御されたナノ粒子を作製することを可能とする．メソ多孔体は，ゼオライトのミクロ多孔体と多孔質ガラスなどのマクロ多孔体の中間に位置する物質であり，2 ～ 50 nm程度の均一な大きさの細孔をもち，細孔径分布が非常に狭いことが特徴である．メソ多孔体は界面活性剤の分子集合体と無機種が構成するメソ構造体を前駆体として合成される．界面活性剤の自己組織化を利用することにより細孔は規則的に配列し，その細孔はアモルファスの骨格によって仕切られる．その細孔構造は空間的に規則的なものが多く，二次元六方構造，六方構造，立方構造，層状構造などが挙げられる．また，使用する界面活性剤の種類やアルキル鎖長や温度などの合成条件を変化させることにより，メソ多孔体の細孔構造や細孔径を変化させることが可能である．さらに，骨格への他元素導入や表面修飾が可能であり，吸着体や触媒などへの応用などの研究がすすめられ多様な物質が合成されている．筆者は，アモルファスシリカの骨格をもつメソ多孔体（メソポーラスシリカ）を鋳型としナノ粒子を合成する手法を用いて，これまでに希土類マンガン酸化物や銅酸化物高温超伝導体などのナノ粒子を合成し，それらの結晶構造と磁性を実験的に明らかにしてきた．使用しているメソ多孔体はシリカの骨格をもつため非磁性であり，磁性の研究を行うには適した物質である．本稿では，筆者がメソポーラスシリカSBA-15の細孔中で合成した粒子サイズ約2 ～ 22 nmのNiOナノ粒子の結晶構造と磁性1）の一端を紹介する．NiOはモット絶縁体と考えられたことがあるなど電子相関が強くまた結晶構造と電子状態の間に強い相関をもつ．2），3）バルク結晶とナノ粒子の研究は今日まで長い間盛んに行われ続けているが，われわメソポーラスシリカ中に形成されたナノスケール磁性体の構造物性の研究福岡大学理学部物理科学科　田尻恭之九州工業大学大学院工学研究院基礎科学研究系　美藤正樹Takayuki TAJIRI and Masaki MITO: Crystal Structure and Magnetic Property onMagnetic Nanoparticles Synthesized in Mesoporous SilicaWe synthesized NiO nanoparticles with particle sizes ranging from about 2 to 22 nm in the poresof mesoporous silica and investigated their crystal structure and magnetic properties. The mesoporoussilica was used as a template to equalize the particle size during the fabrication of NiO nanoparticles.The NiO nanoparticles in mesoporous silica exhibited the interesting size dependences of crystalstructure and magnetic properties. The experimental results indicated that the magnetic properties ofthe NiO nanoparticles were strongly correlated with both the lattice strain and rhombohedral distortionof rock-salt structure. The magnetic properties for particle sizes above 8 nm exhibited significantdecreases in both magnetic anisotropy energy and coercive field, which was attributed to the particleshape distortion.