中嶋 敦 (ナカジマ アツシ)

Nakajima, Atsushi



理工学部 化学科 (矢上)




経歴 【 表示 / 非表示

  • 1989年04月


  • 1994年04月


  • 1997年04月


  • 1999年04月

    東京都立大学大学院 非常勤講師

  • 2001年04月


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学歴 【 表示 / 非表示

  • 1984年03月

    東京大学, 理学部, 化学科

    大学, 卒業

  • 1986年03月

    東京大学, 理学研究科, 化学専攻

    大学院, 修了, 修士

  • 1989年03月

    東京大学, 理学研究科

    大学院, 修了, 博士

学位 【 表示 / 非表示

  • 理学博士, 東京大学, 課程, 1989年03月


研究分野 【 表示 / 非表示

  • 物理化学 (Physical Chemistry)

研究テーマ 【 表示 / 非表示

  • 精密ナノクラスター集積物質科学, 


  • 科学技術振興機構 戦略創造プログラム(CREST) 研究課題「次世代光磁気材料を指向したナノデザイン制御」, 





著書 【 表示 / 非表示

  • Electronic properties of transition metal-benzene sandwich clusters

    Masubuchi T., Nakajima A., Theoretical Chemistry for Advanced Nanomaterials: Functional Analysis by Computation and Experiment, 2020年01月


    Organometallic clusters composed of transition metal atoms and benzene molecules have been topics of great interest from both fundamental and technological points of view. In this chapter, we review the progress in the physical chemistry of transition metal-benzene clusters. The intrinsic properties of transition metal-benzene clusters as a function of cluster size are investigated by gasphase experiments, often in combination with quantum chemical calculations. In particular, vanadium-benzene clusters denoted VnBzm, showing magic numbers at m = n + 1, n, and n – 1, are characterized to possess multiple-decker sandwich structures, where vanadium atoms and benzene molecules are alternately piled up. Moreover, the discovery of such multiple-decker formation is a cornerstone in bottom-up approaches of molecular magnetism. The interplay of mass spectrometry, laser spectroscopies, and density functional calculations reveals that multiple-decker VnBzm clusters exhibit monotonic increase in magnetic moment with the number of layers. Anion photoelectron spectroscopic studies allow direct observations of the geometric and electronic structures of sandwich clusters and their anions. Major progress in this direction includes the recent characterization of tilted multipledecker sandwich cluster anions composed of manganese atoms and benzene molecules. The sandwich clusters with high-spin characteristics will hopefully be exploited as building blocks in advanced electronic and magnetic nanomaterials via controlled assembly.

  • Formation of superatom monolayer using nanocluster ion source based on high-power impulse magnetron sputtering

    Nakajima A., Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry, 2018年01月


    The assembled monolayer of superatomic nanocluster ions synthesized in the gas phase is formed with monodispersive immobilization of Ta atom-encapsulated Si16 cage superatom (Ta@Si16) with an intensive ion source based on high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS). Scanning tunneling microscopy and spectroscopy have demonstrated that superatom cations of Ta@Si16+ can be densely immobilized on C60-terminated surfaces while retaining their cage shape by forming charge transfer (CT) complexes ((Ta@Si16)+C60-) on the surfaces. Its chemical states of Ta@Si16 deposited on an electron acceptable C60 fullerene film were evaluated by X-ray photoelectron spectroscopies (XPS). XPS results for Si, Ta, and C elements showed that Ta@Si16 combines with a single C60 molecule to form (Ta@Si16)+C60-. The high thermal and chemical robustness of the superatomic CT complex has been revealed by the XPS measurements conducted before and after heat treatment and oxygen exposure. The formation of robust superatom monolayer with HiPIMS demonstrates that the superatoms including metal-encapsulating silicon cage superatoms have a promising potential to be utilized for building blocks of novel functional nanomaterials.

  • 最新 実用真空技術総覧 クラスタービーム生成

    中嶋 敦, ㈱産業技術サービスセンター, 2017年

  • シリコンフラーレン

    中嶋 敦, 慶應義塾機関紙 三田評論, 2014年

  • 現代界面コロイド科学の事典 10.4節「金属ナノクラスター」

    中嶋 敦, 丸善, 2010年

    担当範囲: 240-241

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論文 【 表示 / 非表示

  • Electrical Conduction of Superatom Thin Films Composed of Group-V-Metal-Encapsulating Silicon-Cage Nanoclusters

    Takaho Yokoyama, Tatsuya Chiba, Naoyuki Hirata, Masahiro Shibuta, and Atsushi Nakajima

    Journal of Physical Chemistry C (ACS)  125 ( 33 ) 18420 - 18428 2021年08月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

  • Confined Hot Electron Relaxation at the Molecular Heterointerface of the Size-Selected Plasmonic Noble Metal Nanocluster and Layered C<inf>60</inf>

    Shibuta M., Yamamoto K., Ohta T., Inoue T., Mizoguchi K., Nakaya M., Eguchi T., Nakajima A.

    ACS Nano (ACS)  15 ( 1 ) 1199 - 1209 2021年01月

    ISSN  19360851


    The plasmonic response of metallic nanostructures plays a key role in amplifying photocatalytic and photoelectric conversion. Since the plasmonic behavior of noble metal nanoparticles is known to generate energetic charge carriers such as hot electrons, it is expected that the hot electrons can enhance conversion efficiency if they are transferred into a neighboring molecule or semiconductor. However, the method of transferring the energized charge carriers from the plasmonically generated hot electrons to the neighboring species remains controversial. Herein, we fabricated a molecularly well-defined heterointerface between the size-selected plasmonic noble-metal nanoclusters (NCs) of Agn (n = 3-55)/Aun (n = 21) and the organic C60 film to investigate hot electron generation and relaxation dynamics using time-resolved two-photon photoemission (2PPE) spectroscopy. By tuning the NC size and the polarization of the femtosecond excitation photons, the plasmonic behavior is characterized by 2PPE intensity enhancement by 10-100 times magnitude, which emerge at n ≥ 9 for Agn NCs. The 2PPE spectra exhibit contributions from low-energy electrons forming coherent plasmonic currents and hot electrons with an excitation energy up to photon energy owing to two-photon excitation of an occupied state of the Agn NC below the Fermi level. The time-resolved pump-probe measurements demonstrate that plasmon dephasing generates hot electrons which undergo electron-electron scattering. However, no photoemission occurs via the charge transfer state forming Agn+C60- located in the vicinity of the Fermi level. Thus, this study reveals the mechanism of ultrafast confined hot electron relaxation within plasmonic Agn NCs at the molecular heterointerface.

  • Interfacial oxidation of TA-encapsulating Si<inf>16</inf> cage superatoms (Ta@Si<inf>16</inf>) on strontium titanate substrates

    Nakajima A., Shibuta M., Takano R.

    Journal of Physical Chemistry C (ACS)  124 ( 51 ) 28108 - 28115 2020年12月

    ISSN  19327447


    Nanocluster immobilization on an oxide surface is fundamentally important for forming nanocluster-assembled layered materials. We fabricated multilayered superatom films made of tantalum-encapsulating Si16 cage nanocluster (Ta@Si16) on a strontium titanate substrate (SrTiO3; STO) by the soft landing of size-selective Ta@Si16. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that Ta@Si16 survived at the interfacial oxide layer without oxidizing the central Ta atom, and pure Ta@ Si16 layers were formed successively on the modified Ta@Si16/STO interfacial layer. The Ta@Si16 superatoms in the multilayered Ta@Si16 showed high chemical robustness against O2 exposure, although the topmost Ta@Si16 surface layer, including the central Ta atom, completely oxidized in ambient O2 over several days. XPS depth analysis showed that Ta@Si16 oxide formation was limited only at the topmost single layer, revealing that the middle Ta@Si16 layers sandwiched between the top and bottom were protected by the formation of interfacial oxides.

  • Occupied and Unoccupied Levels of Half-Fluorinated and Perfluorinated Rubrene Thin Films Probed by One- And Two-Photon Photoemission

    Inoue T., Shibuta M., Suzuki T., Nakajima A.

    Journal of Physical Chemistry C (ACS)  124 ( 23 ) 12409 - 12416 2020年06月

    ISSN  19327447


    © 2020 American Chemical Society. We measured occupied and unoccupied energy levels of half-fluorinated and perfluorinated rubrenes (C42F14H14, F14-RUB, and C42F28, PF-RUB) thin films prepared on a highly oriented pyrolytic graphite substrate by a combination of one- and two-photon photoemission spectroscopies. It is revealed that the energy levels near the Fermi level (EF) decrease when the fluorination degree increases, where the energies of the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) are located at EF - 1.83 eV and EF + 0.9 eV for F14-RUB and EF - 2.51 eV and EF + 0.6 eV for PF-RUB, respectively. The HOMO-LUMO gaps corresponding to the energy for the creation of free photocarriers in molecular films - known as "transport gaps"- are evaluated by 2.7 eV for F14-RUB and 3.1 eV for PF-RUB.

  • Visualization of Surface Plasmons Propagating at the Buried Organic/Metal Interface with Silver Nanocluster Sensitizers

    Yamagiwa K., Shibuta M., Nakajima A.

    ACS Nano (ACS)  14 ( 2 ) 2044 - 2052 2020年02月

    ISSN  19360851


    © 2020 American Chemical Society. Visualization of surface plasmon polariton (SPP) propagation at dielectric/metal interfaces is indispensable in providing opportunities for the precise designing and controlling of the functionalities of future plasmonic nanodevices. Here, we report the visualization of SPPs propagating along the buried organic/metal interface of fullerene (C60)/Au(111), through dual-colored two-photon photoemission electron microscopy (2P-PEEM) which precisely visualizes the SPP propagation of plasmonic metal nanostructures. Although SPPs excited by near-infrared photons at the few monolayer C60/Au(111) interface are clearly visualized as interference beat patterns between the SPPs and incident light, faithfully reflecting SPP properties modulated by the overlayer, photoemission signals are suppressed for thicker C60 films, due to less valence electrons participating in 2P-photoemission processes. With the use of silver (Agn (n = 21 and 55)) nanoclusters, which exhibit enhancement of overall photoemission intensities due to localized surface plasmons functioning as SPP sensitizers, it is revealed that the 2P-PEEM is applicable to the imaging of SPPs for thick C60/Au(111) interfaces, where SPP properties are hardly modulated by the added small amount (∼0.1 monolayer) of Agn sensitizers.

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KOARA(リポジトリ)収録論文等 【 表示 / 非表示

総説・解説等 【 表示 / 非表示

  • 大電力パルスマグネトロンスパッタを用いたナノクラスター超原子の生成技術

    Tsunoyama Hironori, Tona Masahide, Tsukamoto Keizo, Nakajima Atsushi

    Journal of the Vacuum Society of Japan 60 ( 9 ) 352 - 361 2017年

    総説・解説(学術雑誌), 共著,  ISSN  1882-2398


    <p>Intensive ion source for single-size nanoclusters was developed on the basis of high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) technique combined with a low-pressure, low-temperature gas flow reactor. The nanocluster source exhibits superior characteristics originating from pulsed, high-power sputtering compared to conventional direct-current sputtering; (1) enhanced ion intensities, (2) fascicle tuning of nanocluster sizes, and (3) enhanced selectivity of stable, magic nanoclusters. The metallic (silver, platinum, and palladium) and binary (transition-metal and silicon) nanocluster ions in the size range of several to one hundred atoms can be generated with ion current of 100 pA to 10 nA (108 to 1011 nanoclusters/sec). The growth mechanism of nanoclusters in the source was also explained by the nucleation theory.</p>

研究発表 【 表示 / 非表示

  • Monodispersed Immobilization and Island Formation of M@Si16 Superatom

    中嶋 敦

    The Cluster Surface Interactions 2016 Workshop (Argonne National Laboratory) , 2016年06月, 口頭(招待・特別)

  • Alkali-Like Binary Superatom of a Ta-Encapsulating Si16 Cage

    中嶋 敦

    Symposium on Size Selected Clusters (S3C) 2016 (Davos, Switzerland) , 2016年03月, 口頭(基調)

  • Nanocluster superatom formation using ion source based on high-power impulse magnetron sputtering


    Pacifichem 2015 (Honolulu, Hawaii, USA) , 2015年12月, 口頭(招待・特別)

  • Formation of binary superatom nanocluster monolayer


    XXIV International Materials Research Congress (IMRC) on Clusters & Nanostructures (Cancun, Mexico) , 2015年08月, 口頭(招待・特別)

  • Formation of Superatom Monolayer Using Nanocluster Ion Source Based on High-Power Impulse Magnetron Sputtering


    2015 Gordon Research Conference (GRC) “Clusters and Cluster Assembled Materials” (Girona, Spain) , 2015年07月, 口頭(招待・特別)

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競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 次世代光磁気材料を指向したナノデザイン制御


    慶應義塾大学、神戸大学、大阪大学、広島大学、University of Chicago, Argonne National Laboratory, 戦略的基礎研究推進事業(CREST), 補助金, 

  • 新奇な光物性をもつサブナノ集合体の開発


    慶應義塾大学、神戸大学、東北大学、分子科学研究所, 日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業 理工領域-12 光科学, 補助金, 


    1. サブナノ半導体の発光機構とその応用 シリコン、ゲルマニウムなどの純半導体物質によるナノクラスター・ナノ結晶の光学特性の定量的な評価を気相孤立系、薄膜マトリックス系の両面から進め、シリコンナノクラスターおよびナノ結晶の基礎物性を解明し、シリコン・ゲルマニウム酸化物による可視発光機構を明らかにした。マイクロキャビティーによるシリコンナノ粒子の発光制御を行なうとともに異原子をドープしたシリコンナノクラスターの新奇ナノ構造体の生成、および希土類金属原子ドープしたシリコンナノ結晶において「光増感剤」としてのシリコンナノ結晶の機能化を実証した。2. 新奇な有機金属クラスター分子の創成 金属原子と有機分子をハイブリッド化した有機金属ナノクラスターでは、低次元ネットワーク構造さらにはコアシェル構造の多様な有機金属複合クラスターを見出し、その電子物性や磁気特性の解明から有機金属ナノクラスターが機能ナノ構造単位であることを明らかにした。これらのナノクラスターを組成選択的に蒸着する技術を、アルゴン薄膜やアルカンチオール自己組織化膜による新しいソフトランディング技術として世界に先駆けて確立し、優れた実用特許技術を提案した。3. 水素結合を介した超分子ネットワークの秩序化と光スイッチング 負イオン化法および超高圧パルスノズル法とを共有開発手法として、水素結合程度の弱い分子間力で形成されたネットワーク型分子ナノクラスターの生成法を新たに確立し、電子物性の特異化を明らかにするとともに、電子励起状態の水素移動ダイナミクスの精密解析に成功した。この成果は分子孤立系と液体凝縮系との真の橋渡しに成功したもので、分子ナノクラスターの基礎物性の解明と将来の光スイッチング素子としてのポテンシャルを示した。以上のように、本プロジェクトではナノクラスター・ナノ結晶という1ナノメートル内外のサブナノ物質の制御的創成法を確立させ、このサブナノ集合体での電子の動きと構造変化を明らかにした。

  • 磁気ボトル技術の研究


    慶應義塾大学, 科学技術振興調整費, 補助金, 

  • ナノ生体触媒の創成を指向したニトロゲナーゼ酵素の鉄-硫黄活性中心のデザイン制御


    慶應義塾大学, 科学研究費補助金(文部科学省・日本学術振興会), 補助金, 

  • 気相多元系合金クラスターの基板担持による触媒機能と電子物性の研究


    科学研究費補助金(文部科学省・日本学術振興会), 補助金, 

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知的財産権等 【 表示 / 非表示

  • ナノクラスター生成装置

    特願: 2013-112995  2013年05月 

    特許, 共同, 国内出願

  • 多重レーザー照射による液滴試料の粉砕法

    特願: 2012-162131  2012年07月 

    特許, 共同, 国内出願

  • “マイクロミキサー、マイクロミキサーエレメント及びその製造方法”

    特願: 2012-0989620  2012年04月 

    特許, 共同, 国内出願

  • ナノクラスター分散液、ナノクラスター膜、ナノクラスター分散体の製造方法およびナノクラスター分散液の製造装置

    特願: 2015-160680   

    特許, 共同

  • マイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法

    特願: 2016-033117   

    特許, 共同

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受賞 【 表示 / 非表示

  • フンボルト賞

    2020年05月, アレクサンダー・フンボルト財団

    受賞区分: 国内外の国際的学術賞

  • 分子科学会賞

    2018年08月, 分子科学会, 複合ナノクラスター科学の開拓-気相化学からナノ機能表面化学へ

    受賞区分: 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • 田中貴金属研究財団 シルバー賞


    受賞区分: 出版社・新聞社・財団等の賞

  • 日本化学会学術賞

    中嶋 敦, 2009年03月, 社団法人 日本化学会, 複合クラスターを用いたナノスケール物質群の創製とその電子物性の解明

    受賞区分: 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

  • Chemical Physics Letters Most Cited Paper 2003-2007 Award

    2008年10月, Elsevier

    受賞区分: 国内外の国際的学術賞

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担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • 化学統計熱力学(物理化学基礎第1)


  • 化学統計熱力学


  • 化学統計熱力学演習


  • 化学輪講


  • 量子統計化学(物理化学第2)


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所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 分子科学会, 

  • ナノ学会, 

  • 日本物理学会, 

  • 日本化学会, 


委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2020年06月

    理事, 日本化学会

  • 2008年09月

    会長, 分子科学会

  • 2006年08月

    連携会員, 日本学術会議

  • 2004年09月

    委員長, 分子科学研究会

  • 2004年05月

    理事, ナノ学会

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