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数原子から数十原子で構成されるごく小さな金属クラスターは、金属ナノ粒子以上に結晶構造を取り続けることが難しく、短時間で幾何構造が流動的に変動し続けるという性質を持ちます。そのため、その構造の観測には十分に高い時間分解能を持つ測定法が不可欠です。環状暗視野走査型透過電子顕微鏡法(ADF-STEM)は十分な時間分解能と空間分解能を持ち、これまでに結合形成や構造異性化等の多くの重要な瞬間が観測されていますが、射影の過程で立体的な構造情報が失われるという問題があります。

Small metal clusters, consisting of less than several tens of atoms, have a harder time maintaining a crystalline structure than metal nanoparticles, and their geometric structure tends to change fluidly over a short period of time. Therefore, a measurement method with sufficiently high time resolution is essential for observing their structure. Annular dark-field scanning transmission electron microscopy (ADF-STEM) has enough time and spatial resolution, and has been used to observe many important moments such as bond formation and structural isomerization. However, there is a problem in that three-dimensional structural information is lost during the projection process.

第一に、ADF-STEM像から得られる情報に対して第一原理計算やケモインフォマティクスなどを適用することで立体的な構造を復元することです。さらに、第一原理計算を用いてその金属クラスターの凝集エネルギーや電子状態を解析します。第二に、十分な数の金属クラスターについてデータを収集し、金属元素や構成原子数などの条件が金属クラスター構造にどのような影響を与えるかを統計学的手法により解析し、俯瞰的なマッピングを目指しています。

First, we aim to apply first-principles calculations and cheminformatics to the information obtained from ADF-STEM images to restore the three-dimensional structure. Furthermore, first-principles calculations are used to analyze the cohesive energy and electronic state of the metal clusters. Secondly, we aim to collect data on enough metal clusters and analyze, using statistical methods, how factors such as the type of metal element and the number of constituent atoms influence the structure of metal clusters, in order to achieve a comprehensive mapping.