東京大學的化學家團隊首次成功觀察到金奈米簇形成的初始階段，並揭示了一種出乎意料的結構——被命名為「金量子針」的細長形態。這項利用X射線繞射晶體學取得的突破性進展，為理解這些原子聚集體的生長機制提供了前所未有的深入視角。金奈米簇，由少於一百個原子組成，因其獨特的が光學和が電子特性，在が催化、が檢測和が醫學等領域具有極高的應用潛力。儘管經過數十年的研究，其合成方法仍充滿謎團，通常依賴於在有機配體存在下於溶液中還原金離子來製備。
首席研究員塚田達也指出，儘管學界投入了大量精力來理解結構與物理化學性質之間的關聯，但形成過程本身一直被視為一個「黑盒子」。該團隊的目標是理解聚集體的初始形成階段，以開發新的靶向合成方法。為此，高野真次郎、濱崎悠也和塚田達也採取了一項大膽的策略：人為地減緩奈米簇的生長速度。透過細微地調整合成條件，他們成功地將金聚集體「捕捉」在其極早期階段，並利用單晶X射線繞射技術對這些樣本進行了分析。
研究結果超出了預期。金奈米簇並非均勻地生長成球形，而是呈現出各向異性生長，即在不同方向上的生長速度不同。這種生長不對稱性導致了一種全新的幾何結構：由重複的基本單元——金原子的三角形三聚體和四面體四聚體——組成的鉛筆狀聚集體。這種細長的形狀和內部結構啟發了「量子針」這一名稱。 「量子」一詞指的是一種基本現象，即被侷限在這些微小結構中的電子只能佔據離散的能級，這是量子系統的典型行為。這種量子化賦予了金量子針顯著的光學特性，包括在近紅外區域的強烈響應，該區域的光能夠深入生物組織而不會造成損傷。
塚田達也提到，他們能夠回溯解釋在他們不尋常的合成條件下形成的幾個小型金奈米簇。然而，基於三個金原子的三角形基礎而非準球形簇的針狀結構的出現，是一個遠超他們想像的幸運發現。這些「結構快照」對於理解物質在原子尺度上的組裝機制做出了重大貢獻，使得合成不再是隨機過程，而是可以被視為一種有條理的構建。掌握這些初始步驟是未來設計具有特定性質的定制化奈米材料的關鍵。
東京大學團隊計劃進一步優化其合成條件，以探索其他奇特、未知的結構。他們也希望與生物物理學或光子工程學專家合作，以充分利用其量子針的卓越特性。例如，它們與紅外光互動的能力，可能實現比現有技術更高解析度的醫學成像，或開發更有效率的太陽能轉換裝置。