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高輝度光科学研究センター(JASRI)は8月23日、大型放射光施設「SPring-8」の高輝度高エネルギー放射光X線を
用いた測定と計算機シミュレーションにより、ガラスの形成のしやすさと原子配列の関係を明らかにしたと発表した。
今回の発見はJASRI小原真司主幹研究員らを中心とした、フィンランド・タンペレ工科大学、山形大学、
日本原子力研究開発機構、米MDI、英アベリストウィス大学、米アルゴンヌ国立研究所との国際共同研究チーム
による成果。米国科学雑誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」
(米国科学アカデミー紀要PNAS)のオンライン版に掲載された。
ガラスは我々の生活になくてはならない、あらゆるところで使われているもの。しかし、ガラスが規則的な
結晶構造を取らないにも関わらず、「なぜガラスになるのか」という疑問はまだ解明されていない。今回の成果は、
その謎に迫る重要な手がかりとなったという。
研究チームは、今回の実験でまず融体を容器なしで保持する「無容器法」(画像1)を用いて、頑火輝石(がんかきせき、
MgSiO3(=MgO-SiO2)、SiO2の含有率50モル%)および苦土かんらん石(くどかんらんせき、Mg2SiO4(=2MgO-SiO2)、
SiO2の含有率33.3モル%)の高純度ガラスビーズをそれぞれ合成。2つの鉱物は地球上でありふれており、
ガラスの主成分であるシリカ(SiO2)成分を含んだ鉱物だ(頑火輝石の方がガラスを形成しやすい)。
ガラスになりやすい頑火輝石と、ガラスになりにくい苦土かんらん石のガラス状態の構造を調べるために利用
されたのが、SPring-8の高エネルギーX線回折ビームライン「BL04B2」だ。BL04B2で解析実験を行って中性子解析と
構造シミュレーションを併用し、ガラスの原子配列の3次元構造を構築した(画像2)。
これまで、両ガラスともにケイ素原子(Si)の周囲に酸素原子(O)が4つ配置し、SiO4四面体が形成されている
ことはよく知られていたが、マグネシウム原子(Mg)の周囲にいくつのO原子が配置しているのかはよくわかっておらず、
今回の研究でそれが判明。両ガラスとも、MgO4やMgO5が多く存在していることが明らかとなった。
これら両組成の結晶相では、ガラス相ではわずかだったMgO6という正八面体が多く存在していることも確認。
つまり、ガラスは結晶相を単に乱した構造ではないことがわかったのである。
（引用ここまで 全文は引用元をご覧ください）
▽画像1。無容器法を用いたガラスビーズ合成装置の模式図。
URLﾘﾝｸ(j.mycom.jp)
画像2。左が頑火輝石(MgSiO3)ガラスで、左が苦土かんらん石(Mg2SiO4)ガラスの原子配列
URLﾘﾝｸ(j.mycom.jp)
▽記事引用元 マイコミジャーナル（2011/08/24）
URLﾘﾝｸ(journal.mycom.co.jp)
▽高輝度光科学研究センタープレスリリース
URLﾘﾝｸ(www.spring8.or.jp)
▽ＰＮＡＳ
「Relationship between topological order and glass forming ability in densely packed enstatite
and forsterite composition glasses」
URLﾘﾝｸ(www.pnas.org)