プレスリリース・研究成果

発表のポイント

• 鉄に対する水素量の少ない組成領域で、鉄原子の六方晶格子に水素原子が溶解した結晶構造を持つ六方晶鉄水素化物が高温高圧下で形成されることを世界で初めて見出した。
• 大きな水素誘起体積膨張や高温での溶解度増加などこれまで知られている立方晶および二重六方晶鉄水素化物とは異なる特異な水素溶解特性が観測された。
• 地球内部に大量に含まれる六方晶鉄に水素が溶解することが明らかになり、地球科学的な視点に立った六方晶鉄水素化物の研究の重要性が示された。

　東北大学金属材料研究所の佐藤豊人助教、東北大学材料科学高等研究所折茂慎一副所長らは、東京大学大学院理学系研究科の青木勝敏客員共同研究員、量子科学技術研究開発機構の町田晃彦、齋藤寛之上席研究員、日本原子力研究開発機構の服部高典主任研究員、佐野亜沙美副主任研究員、総合科学研究機構の舟越賢一主任研究員との共同で、大強度陽子加速器施設J-PARCの物質・生命科学実験施設（以下「MLF」という）に設置されている超高圧中性子回折装置PLANETならびに大型放射光施設SPring-8の量子科学技術研究開発機構専用ビームラインBL14B1に設置されているキュービックアンビル型高温高圧発生装置を用いて、六方晶の鉄格子構造を持つ鉄水素化物が高温高圧下で形成されることを発見しました。

　本研究では鉄と反応させる水素量を制御することにより、六方晶の結晶構造を持つ鉄水素化物が高温高圧下で形成されることを発見し、鉄中の水素原子の占有位置と溶解度の温度変化を観測しました。鉄水素化物は物質科学および地球科学の主要な研究対象として長年にわたって研究されていましたが、六方晶鉄水素化物の存在およびその詳細な結晶構造と水素溶解特性が報告されたのは初めてです。

　鉄は地球を構成する主要な金属であり、地球の進化過程、さらには現地球内部での水素循環過程においては鉄水素化物が重要な役割を担っている可能性があります。今後、地球内部に匹敵する温度圧力領域での結晶構造と水素溶解特性を調べることにより、六方晶鉄水素化物の役割が解明されるものと期待されます