Scienty

Фото: img.freepik.com

Исследователи из Токийского университета успешно визуализировали геометрическую структуру растущих нанокластеров золота на самых ранних стадиях. В ходе этого процесса они также успешно «вырастили» новую структуру из удлинённых нанокластеров, которую ученые назвали «золотыми квантовыми иглами». Благодаря своей чувствительности к свету в ближнем инфракрасном диапазоне эти «иглы» могут обеспечить биомедицинскую визуализацию с высоким разрешением и более эффективное преобразование световой энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.

Несмотря на то, что золото часто связывают с роскошью и благосостоянием, оно также играет значительную роль в современных нанотехнологиях, благодаря своей уникальной структуре и характеристикам на наноуровне. Нанокластеры золота, включающие менее ста атомов, обычно получают посредством восстановления – процесса, при котором электроны и ионы-предшественники золота добавляются в присутствии защитных лигандов. Тем не менее, создание нанокластеров золота с заданными размерами, формой и составом остаётся непростой задачей.

«По словам Цукуды, ведущего исследователя, в последние годы значительные усилия были сосредоточены на изучении связи между структурой и физико-химическими характеристиками нанокластеров. Тем не менее, механизм их формирования до сих пор представляет собой неразгаданную тайну. Мы приступили к реализации этого проекта, исходя из предположения, что раскрытие закономерностей, лежащих в основе начальных этапов формирования кластеров, позволит создать новые, ориентированные на получение конкретных структур методы синтеза».

В ходе исследования ученые стремились установить геометрическую организацию нанокластеров золота на ранних этапах их образования. Для фиксации нанокластеров в процессе зарождения применялись нестандартные условия синтеза. Монокристаллическая рентгеноструктурный анализ продемонстрировал, что нанокластеры золота формировались анизотропно, то есть с различной скоростью в разных направлениях. Кроме того, анализ позволил выявить ранее неизвестную структуру: нанокластеры, напоминающие карандаши, образованные треугольными тримерами и тетраэдрическими тетрамерами. Ученые назвали эти структуры «золотыми квантовыми иглами», поскольку электроны, находящиеся внутри них, проявляли квантовые свойства — явление, при котором электроны могут занимать лишь определенные энергетические уровни.

«По словам Цукуды, нам удалось бы прояснить механизм создания некоторых небольших нанокластеров золота, характерных для нашей уникальной методики синтеза. Однако формирование игловидных структур с треугольным основанием, состоящим из трёх атомов золота, в отличие от почти сферических кластеров, стало неожиданным открытием, которое не соответствовало нашим изначальным ожиданиям».

Анализ структурных изображений, полученных в процессе последовательного наращивания нанокластеров золота, существенно углубляет знания о механизме их образования. Ученые отметили, что стремятся исследовать возможность создания других, особых нанокластеров за счет оптимизации условий синтеза. Также они выразили заинтересованность в сотрудничестве с коллегами для продвижения использования золотых квантовых игл и реализации их выдающихся оптических характеристик.

[Фото: Takano et al 2025]