瀬戸誠 原子炉実験所教授、中野岳仁 大阪大学理学研究科助教および依田芳卓 高輝度光科学研究センター主幹研究員らによる研究グループは、これまで測定が非常に難しかったカリウム原子核のメスバウアー吸収を、大型放射光施設SPring-8のBL09XUを用いた手法で初めて観測することに成功しました。測定対象は、カリウム金属のナノ粒子が規則正しく配列することにより、磁気的な性質を帯びるという不思議な物質で、その磁性の原因にミクロな視点からせまる情報も初めて得られました。
本研究成果は、2015年4月6日（米国東部時間）に、米国物理学会誌「Physical Review B, Rapid Communication」オンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
ゼオライトの一种であるソーダライト中のカリウム金属ナノ粒子がその磁性の担い手であることを直接明らかにすることは、これまでとても难しかったのですが、放射光を用いた新しいメスバウアー分光法により可能となりました。カリウムは非常にありふれた元素であると同时に、さまざまな分野においてとても大事な元素で、その性质をミクロな视点から解明するための新しい「探针」を本研究が提供したといえます。
本研究においてこのような机构の解明が出来たことは、希少元素を全く使わずに磁性などの机能を発现するにはどうすればよいのか？という、安価で役に立つ材料の设计指针に大きなヒントを与えるものと考えています。
概要
メスバウアー分光法とは、放射性同位体から放出されるガンマ线（高いエネルギーの电磁波）を材料に照射し、そのガンマ线を共鸣吸収する元素が、材料の中でどのような状态にあるのかを精密に调べることのできる计测手法です。通常、测定にはガンマ线源となる放射性同位体が必要です。鉄などはその入手が容易なため、鉄を含む物质では盛んに测定がなされており、カリウムもガンマ线を共鸣吸収する効果があります。しかし、カリウムに适したガンマ线源となる放射性同位体がこの世の中には存在しません。そのため、通常の测定方法が全く不可能です。
そこで、カリウムについては、人為的に原子核の反応を起こさせるという大変に难しい実験が50年ほど前に行われたきりでした。ところが、2009年に厂笔谤颈苍驳-8の高辉度放射光を用いることによってもメスバウアー分光が可能であることが、别の元素（ゲルマニウム）において示されました。本研究では、その手法をカリウムに初めて适用し、データの取得に成功したものです。今回、原子核反応を用いた50年前の手法に比べれば大変简便に测定ができることも分かりました。
また、カリウムは地球上の地表近くに存在する元素の量のランキング（クラーク数）が第7位という极めてありふれた元素（ユビキタス元素）で、私たちの体内にもたくさん含まれています。本研究の実験手法は、カリウムを含んでさえいれば、どのような物质にも适用可能ですので、今后、さまざまな分野で活用されることが期待されます。
図：（补）ゼオライトの一种であるソーダライトと呼ばれるカゴ状の物质と、（产）カゴの中に保持されたカリウム金属ナノ粒子の模式図を示しています。このナノ粒子では、四つのカリウムイオンの上に、一つの电子の「云」が広がっています。本研究では、このカリウムイオンの中心にある原子核に厂笔谤颈苍驳-8の高辉度放射光を吸収させ、メスバウアー分光を行いました。そして、この电子の「云」が磁性の担い手であることを直接的に示すデータの取得に成功しました。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Takehito Nakano, Naoki Fukuda, Makoto Seto, Yasuhiro Kobayashi, Ryo Masuda, Yoshitaka Yoda, Mototsugu Mihara, and Yasuo Nozue
"Synchrotron-radiation-based M?ssbauer spectroscopy of 40K in antiferromagnetic potassium nanoclusters in sodalite"
Physical Review B 91(14), 140101(R) Published 6 April 2015
