ナノ粒子合成：ナノグラフェンからの分子状ナノダイヤモンドのボトムアップ合成

色中心を内包するナノダイヤモンドは量子技術向けの有望な構成要素であり、量子計算、ナノスケールNMR分光法、単一スピン磁気測定、広視野量子イメージング、単一光子光源における進歩を可能にする。しかし、構造的に均一な超小型ナノダイヤモンドの制御されたボトムアップ合成は依然として困難であり、既存の方法では、サイズ、形態、不純物含有量、欠陥品質が異なる不均質な材料が生成される。今回我々は、明確に定義された水素終端分子状ナノグラフェンが、超小型（3～4 nm）、単分散、高結晶性の分子状ナノダイヤモンドを高圧・高温合成するための、化学的に閉じ込められた前駆体として機能することを示す。この分子状ナノダイヤモンドは、単一のsp²面再構成だけを持ち、ミリグラムスケールで合成される。同じボトムアップのプラットフォームによって、合成中にケイ素（シリコン）系色中心やゲルマニウム系色中心を導入する二成分戦略も可能になり、イオン注入、照射、後処理を行うことなくSiV⁻発光体とGeV⁻発光体が得られた。ナノグラフェン前駆体によって閉じ込められる炭素骨格と水素含有量の両方が規定されるため、この手法では、特に生物センシングや量子センシングに適した低ナノメートル領域において、ナノダイヤモンドのサイズと組成を前駆体レベルで本質的に制御できる。従って、非常に大きな多環芳香族炭化水素である分子状ナノグラフェンは、高品質な分子状ナノダイヤモンドおよび蛍光ナノダイヤモンドを合成するスケーラブルなモジュール式の経路を確立するとともに、目的に合わせて設計された量子材料やナノスケールデバイスのための一般的な設計原理をもたらす。

目次へ戻る