天然鉱物に内在する不均一特異構造の解明とミメシス素材創生プログラム

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本研究は，最新の３次元散乱強度マッピング装置と波長選択制性や偏光性を積極的に利用できる高輝度放射光Ｘ線源をドッキングすることによって，逆空間に表現される鉱物の特異構造を解明することを目的とする．令和2年度は，合金系試料に存在するの複雑構造の解明にデザインされている既設装置に，惑星活動の履歴を記するケイ酸塩鉱物や燐酸塩鉱物の特異構造の解析に不可欠な散漫散乱や長周期構造の高分解能解析に有効なCu線源を導入した．そしてAl-Mn-Co系において，元素の秩序化配列にともなう長周期近似結晶の構造を解明することができた．また硫化鉱物に関しては，放射光源を併用することによってスピネル構造およびペントランダイト構造に記録される特異な元素秩序化とその温度依存性に関しての解析に成功している．鉱物に記録される特殊構造の解析には，たとえ原子番号が隣り合う元素が共存する場合でも，的確に目的元素の環境構造を解明できるX線異常散乱法が有効である．令和3年度には，ハイブリッドピクセル検出器を搭載する特異構造解析システムを，RIGAKU Synergy CUSTUMを基盤に設計し物質構造科学研究所BL-6Cに設置完了した．本システムの稼働によって，merrillite系化合物の特殊構造と発光活性元素の局所構造の解明，生成環境が異なるkamaciteおよびtaenite合金の規則度の解析に加えて，結晶構造中に電子状態が異なる元素が共存するaxinite, babingtoniteやilvaiteなどに関しては，Fe2+およびfe3+の分布を実験的に決定することに成功している．また本研究プロジェクトは，ブラックピークの隙間空間に表現される鉱物の特異構造に着目をすることもそのひとつの特徴である．現在，リン酸塩鉱物，マイクロポーラス系物質，含水鉱物を対象に，観測される散漫散乱から高次特異構造の解明を進めている．