中嶋 敦 (ナカジマ アツシ)

Nakajima, Atsushi

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所属(所属キャンパス)

理工学部 化学科 (矢上)

職名

教授

外部リンク

経歴 【 表示 / 非表示

  • 1989年04月
    -
    1994年03月

    大学助手(理工学部化学科)

  • 1994年04月
    -
    1997年03月

    大学専任講師(理工学部化学科)

  • 1997年04月
    -
    2001年03月

    大学助教授(理工学部化学科)

  • 1999年04月
    -
    2000年03月

    東京都立大学大学院 非常勤講師

  • 2001年04月
    -
    継続中

    大学院理工学研究科委員

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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, 

    2009年
    -
    2015年

  • 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」, 

    2002年
    -
    2007年

     研究概要を見る

    本研究では、多元的な化学組成の制御を通じて電子構造をデザインした複合ナノクラスターを創成し、このクラスターを機能単位とする二次元系ナノクラスター物質を、ナノメートルオーダーで周期的にデザイン制御した固体表面上への選択的なソフトランディングによって構築します。ナノデザイン制御されたクラスター物質での電

 

著書 【 表示 / 非表示

  • 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

  • 化学の考え方

    茅 幸二,中嶋 敦, 岩波書店, 2008年

  • ナノクラスター科学-機能ナノクラスターの創成と固定化-

    中嶋 敦, 三共出版, 2006年

    担当範囲: 271-288

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論文 【 表示 / 非表示

  • Alkali-Like Superatom Chemistry of Group-5 Metal Encapsulating Si16 Cage; M@Si16 (M = V, Nb, Ta)

    中嶋 敦

    Communications Chemistry 1   50 2018年09月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

  • Synthesis and Characterization of Metal-Encapsulating Si16 Cage Superatoms

    Tsunoyama Hironori, Shibuta Masahiro, Nakaya Masato, Eguchi Toyoaki, Nakajima Atsushi

    Accounts of Chemical Research 51 ( 8 ) 1735 - 1745 2018年08月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り,  ISSN  0001-4842

     概要を見る

    <p>ConspectusNanoclusters, aggregates of several to hundreds of atoms, have been one of the central issues of nanomaterials sciences owing to their unique structures and properties, which could be found neither in nanoparticles with several nanometer diameters nor in organometallic complexes. Along with the chemical nature of each element, properties of nanoclusters change dramatically with size parameters, making nanoclusters strong potential candidates for future tailor-made materials; these nanoclusters are expected to have attractive properties such as redox activity, catalysis, and magnetism. Alloying of nanoclusters additionally gives designer functionality by fine control of their electronic structures in addition to size parameters. Among binary nanoclusters, binary cage superatoms (BCSs) composed of transition metal (M) encapsulating silicon cages, M@Si16, have unique cage structures of 16 silicon atoms, which have not been found in elemental silicon nanoclusters, organosilicon compounds, and silicon based clathrates. The unique composition of these BCSs originates from the simultaneous satisfaction of geometric and electronic shell-closings in terms of cage geometry and valence electron filling, where a total of 68 valence electrons occupy the superatomic orbitals of (1S)2(1P)6(1D)10(1F)14(2S)2(1G)18(2P)6(2D)10 for M = group 4 elements in neutral ground state. The most important issue for M@Si16 BCSs is fine-tuning of their characters by replacement of the central metal atoms, M, based on one-by-one adjustment of valence electron counts in the same structure framework of Si16 cage; the replacement of M yields a series of M@Si16 BCSs, based on their superatomic characteristics. So far, despite these unique features probed in the gas-phase molecular beam and predicted by quantum chemical calculations, M@Si16 have not yet been isolated.In this Account, we have focused on recent advances in synthesis and characterizations of M@Si16 BCSs (M = Ti and Ta). A series of M@Si16 BCSs (M = groups 3 to 5) was found in gas-phase molecular beam experiments by photoelectron spectroscopy and mass spectrometry: formation of halogen-, rare-gas-, and alkali-like superatoms was identified through one-by-one tuning of number of total valence electrons. Toward future functional materials in the solid state, we have developed an intensive, size-selected nanocluster source based on high-power impulse magnetron sputtering coupled with a mass spectrometer and a soft-landing apparatus. With scanning probe microscopy and photoelectron spectroscopy, the structure of surface-immobilized BCSs has been elucidated; BCSs can be dispersed in an isolated form using C60 fullerene decoration of the substrate. The intensive nanocluster source also enables the synthesis of BCSs in the 100-mg scale by coupling with a direct liquid-embedded trapping method into organic dispersants, enabling their structure characterization as a highly symmetric "metal-encapsulating tetrahedral silicon-cage" (METS) structure with Frank-Kasper geometry.</p>

  • Characterization of floating-gate memory device with thiolate-protected gold and gold-palladium nanoclusters

    Yokoyama Takaho, Hirata Naoyuki, Tsunoyama Hironori, Negishi Yuichi, Nakajima Atsushi

    AIP Advances 8 ( 6 ) 065002 2018年06月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り,  ISSN  2158-3226

     概要を見る

    <p>The floating-gate memory characteristics of thiolate-protected gold (Au:SR) and palladium doped Au (AuPd:SR) nanoclusters, Au25(SR)18, Au24Pd(SR)18, and Au38(SR)24 (R = C12H25), were investigated by capacitance-voltage (C-V) measurements in vacuum. Monolayer films of Au:SR nanoclusters were formed as floating-gate memory layers on p-type Si substrates by the Langmuir-Schaefer method with surface pressure - area (π-A) isotherm measurements. A fluoropolymer (CYTOP, ∼15 nm thick) was spin-coated on top to form a hydrophobic insulating layer. Using an Au pad (∼40 nm thick) as the gate electrode, C-V measurements exhibit clockwise hysteresis curves originating from the Au:SR and AuPd:SR nanoclusters against the reference measured in each sample, and the hysteresis widths were dependent on the composition and sizes of the Au:SR nanoclusters. The positive and negative voltage shifts in the hysteresis can be explained in terms of electronic structures in Au:SR and AuPd:SR-based devices.</p>

  • Size-Effect on Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction by Single-Size Platinum Nanocluster Catalysts Immobilized on Strontium Titanate

    Hironori Tsunoyama, Yohei Yamano, Chuhang Zhang, Masafumi Komori, Toyoaki Eguchi, and Atsushi Nakajima

    Topics in Catalysis (CSJ)  61 ( 1 ) 126 - 135 2018年01月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

  • Energy Level Alignment of Organic Molecules with Chemically Modified Alkanethiolate Self-Assembled Monolayers

    Shibuta Masahiro, Ogura Munehisa, Eguchi Toyoaki, Nakajima Atsushi

    Journal of Physical Chemistry C 121 ( 49 ) 27399 - 27405 2017年12月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り,  ISSN  1932-7447

     概要を見る

    <p>We have employed two-photon photoemission spectroscopy to nondestructively resolve the unoccupied energy levels of fullerene C60 molecules deposited on alkanethiolate self-assembled monolayers (SAMs). By fluorine substitution of the hydrogen atoms in the alkyl chain, the work function (WF) increased from 4.3 eV for the alkanethiolate-SAM (H-SAM) to 5.7 eV for the fluorine-substituted SAM (F-SAM), owing to the formation of surface dipole layers. When C60 is deposited on the H-SAM and F-SAM, the energy positions of the unoccupied/occupied levels of C60 are pinned to the vacuum level (Fermi level (EF) + WF). As a result of the energy level alignment, on the F-SAM, the relative energy from EF of the highest occupied molecular orbital of C60 almost equals that of the lowest unoccupied molecular orbital, implying that the C60 film on the F-SAM exhibits both p- and n-type (ambipolar) charge transport properties, while C60 is known as a typical n-type semiconductor. The energetics are preserved even with multilayered C60 films at least up to ∼5 nm in thickness, showing that the dipole layers induced by SAMs are robust against molecular overlayers. Such a spectroscopic study on the energy levels for organic films will be of importance for further development of organic thin film devices.</p>

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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

     概要を見る

    <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

    NAKAJIMA ATSUSHI

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

  • Formation of binary superatom nanocluster monolayer

    NAKAJIMA ATSUSHI

    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

    NAKAJIMA ATSUSHI

    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

    2002年10月
    -
    2007年09月

    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

    1997年07月
    -
    2003年03月

    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, 

     研究概要を見る

    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

    1999年04月
    -
    2004年03月

    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

    2003年04月
    -
    2006年03月

    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

    2001年04月
    -
    2003年03月

    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

  • 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

    2017年03月

    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

  • 分子科学研究奨励森野基金研究奨励

    1997年08月

    受賞区分: 出版社・新聞社・財団等の賞

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担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • 卒業研究

    2019年度

  • 化学A

    2019年度

  • 基礎理工学特別研究第1

    2019年度

  • 基礎理工学特別研究第2

    2019年度

  • 基礎理工学課題研究

    2019年度

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 分子科学研究会, 

    2004年09月
    -
    継続中
  • ナノ学会, 

    2004年05月
    -
    継続中
  • 日本物理学会, 

    1984年03月
    -
    継続中
  • 日本化学会, 

    1983年10月
    -
    継続中

委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2008年09月
    -
    2010年08月

    会長, 分子科学会

  • 2006年08月
    -
    継続中

    連携会員, 日本学術会議

  • 2004年09月
    -
    2006年08月

    委員長, 分子科学研究会

  • 2004年05月
    -
    継続中

    理事, ナノ学会

  • 1984年03月
    -
    継続中

    会員, 日本物理学会

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