东京大学的化学家团队近日取得一项重大突破，他们首次成功观测到了金纳米簇形成的早期阶段，并发现了一种名为“金量子针”的细长新结构。这项利用X射线晶体学技术的研究，为理解原子集合体的生长机制提供了前所未有的视角，填补了该领域的知识空白。
金纳米簇，由不足百个金原子组成，因其与块状金截然不同的光学和电学特性，在催化、检测和医药等领域展现出巨大的应用潜力。然而，其合成过程长期以来难以捉摸。东京大学的Tatsuya Tsukuda教授及其团队，包括Shinjiro Takano和Yuya Hamasaki，通过精细调控合成条件，成功“冻结”了纳米簇生长的极早期阶段，并利用单晶X射线衍射技术进行了分析。研究发现，金纳米簇的生长呈现“各向异性”，即在不同方向上的生长速度不同，这导致了由金原子基本单元组成的细长形聚集体，并因此得名“金量子针”。
“量子”一词源于这些微小结构中电子被限制在离散能级上运动的现象。这种量子化效应赋予了金量子针在近红外区域（一种能够穿透生物组织而不会造成损伤的光谱范围）强烈的响应，预示着其在生物医学成像领域具有巨大潜力，能够实现比现有技术更高分辨率的成像，或在能源转化方面发挥作用。Tsukuda教授表示，这种基于三角形三聚体而非类球形簇的针状结构出现，是一个远超他们想象的意外发现。
这项研究不仅深化了对金在原子尺度上行为的理解，更重要的是，它将纳米材料的合成从一个难以捉摸的“黑箱”转变为一个可以被精确控制和设计的领域。通过揭示物质形成的内在规律，科学家们获得了前所未有的洞察力，为创造更先进、功能更强大的纳米材料开辟了新的道路，预示着材料科学和相关应用领域将迎来更精准、更高效的创新时代。