NIMSと大阪大学大学院理学研究科、金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）を中心とした国際共同研究チームは、走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて単分子の構造を変化させ、キラリティー（右手と左手のように鏡像が重なり合わない性質）の制御と不対電子（対になっていない電子で、対になった電子よりも通常反応性が高い）が二つあるジラジカルの合成を世界で初めて実現しました。
　今までの有機合成では、一つの分子ユニットごとのキラリティーの制御や極めて反応性の高いジラジカルの合成は困難でした。また、ジラジカルの電気特性や磁性に関する研究はあまり進んでいませんでした。そのため、単分子レベルの構造を制御できる超精密な化学反応技術の開発が望まれていました。
　今回、研究チームは、極低温かつ超高真空下で動作する走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて、三次元のナノ構造体中にある特定の分子ユニットをトンネル電流で励起させ、その分子の構造を任意に変化させる単分子レベルの反応技術を開発しました。トンネル電流を注入する単分子内の部位や位置、更に、その時の電圧などの反応パラメーターを精密に制御することにより二つのキラリティー構造とジラジカルの合計三つの構造を作り分けました。その高い制御性を示す目的で、バイナリーやターナリーのアスキーコードを用いて当グループの名称である（“NanoProbe GRP. NIMS©“）の記録（図）に成功しました。
　今後、この成果をより発展させ、単分子をボトムアップで合成し、新奇ナノ炭素構造体の実現を目指していきます。また、ジラジカルのユニットにはそのスピン状態に対応した交換相互作用が発生するため、プローブ顕微鏡の探針下で動作する究極的な量子マテリアルへの展開も期待できます。
　本研究は、NIMSマテリアル基盤研究センターナノプローブグループ川井茂樹グループリーダー、Yuan Zhangyu NIMSジュニア研究員、Kewei Sun ICYS研究員、Oscar Custance上席研究員、大阪大学大学院理学研究科化学専攻久保孝史教授、金沢大学ナノ生命科学研究所／Aalto University Adam S. Foster教授からなる研究チームによって、JSPS科研費22H00285の一環として行われました。
　本研究成果は、Nature Communications誌の2023年11月25日発行号（Vol. 14）にて掲載されました。

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• 大阪大学理学研究科化学専攻構造有機化学研究室（久保研究室）

〈共同リリース機関HP〉

• 国立研究開発法人物質・材料研究機構
  https://www.nims.go.jp/news/press/2023/12/202312130.html

• 金沢大学
  https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/highlights/29418/