2018 Fiscal Year Annual Research Report
集束イオンビームを用いたルミネッセンスイメージングの開発と鉱物組織の三次元観察
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18H01298
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鹿山 雅裕 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (30634068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三宅 亮 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10324609)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | カソードルミネッセンス / 集束イオンビーム / 石英 / 長石 / ジルコン / 三次元ナノイメージング / シリアルセクショニング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
集束イオンビーム装置（FIB）にルミネッセンス画像撮影システムを組み込んだ今までにない三次元ナノイメージング技術の確立と鉱物を対象とした地球惑星科学への新たな応用の開拓が本研究課題の主たる目的である。
2018年度の研究実績については、ルミネッセンス画像撮影装置であるMiniCLを購入し、京都大学に設置されているFIB装置に装着、さらには発光鉱物のスタンダードとして用いられている石英や長石、ジルコンやカルサイトから高感度でのルミネッセンスの検出と二次元画像解析を成功するに至った。FIB装置を用いてルミネッセンスを取得した研究例は世界的に見ても少なく、ノイズの少ない高解像度の鉱物の二次元ルミネッセンス像観察を実現することができた。特に天体の衝突により粒子内に衝撃変成組織を有する石英や長石、さらにはマグマの結晶化温度・年代の差により生じる累帯構造を示すジルコンにおいて、粒子内にサブミクロンスケールの微細構造を同画像撮影システムを通じて確認することができた。
今後は、イオンビームによるシリアルセクショニング（試料を削剥しながら画像を撮影する手法）を鉱物に適用することで、微細構造の結晶学的方位や空間分布に関する三次元解析が可能となり、微細構造の三次元的特徴から、天体衝突時に発生する衝撃圧力の推定やマグマの熱史をより詳細に紐解くことが期待される。
本研究課題の成果の一部については、2019年5月に開催される日本地球惑星科学連合2019年大会にて、招待講演として発表予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
FIBにMiniCLを導入する前例は世界的に見ても極めて少ないことから、真空度の確保や気密性、さらにはイオンビームや電子線の設定などの最適条件に関する情報は少ない。そのため、これまで応募者が従事してきたSEMによるMiniCLシステムの導入に関するノウハウを基に、試行錯誤しながら最適条件の模索を本年度当初から中期まで実施してきた。慎重にならざるを得ない部分が多々あったため、実際の装着については多少の遅れがあったものの、装着後は気密性やビーム強度を十分に確保することができた。そのため、試料から放出されるルミネッセンスを高い強度や感度、空間分解能で取得することに至った。このような成果により、極めて高品質の鉱物の二次元ルミネッセンス画像を撮影することに成功した。
一方で、イオンビームの設定とシリアルセクショニングの際の最適条件についてはまだ検討する余地がいくつかあるため、本年度は三次元画像解析に至らなかった。実際にイオンビームを照射し、鉱物試料を削りながらルミネッセンス画像を取得することには成功しているものの、削れたデポ（試料の削剥によりできる削りカス）が発光を散乱させる効果が認められ、このデポをイオンビームで十分に除去できるのだが、その際のイオンビームの電流・加速電圧の最適条件を現在模索中である。また、シリアルセクショニングは10-30μm角の領域で行うことから、この空間分解能の条件に合う微細構造を有する石英や長石、ジルコンを検討中である。石英と長石についてはチクシュルーブ・クレーターから回収された衝撃変成組織を有する鉱物粒子を考えており、ジルコンについてはフィッショントラックが顕著にみられるであろう試料の選定を共同研究者と現在相談中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
衝撃変成組織ならびにフィッショントラックによる微細損傷域を有する石英や長石、ジルコンを対象としたシリアルセクショニングによるルミネッセンス画像の三次元ナノイメージング技術を確立することを今後の主たる研究目的と考えている。そのためにはまず、イオンビームで加工しやすいカルサイト単結晶を10～30μm角で切り出して、そのルミネッセンス画像を取得しながら試料表面を削るシリアルセクショニングを実施することを検討している。カルサイトの削剥とデポの除去に適したイオンビームの電流・加速電圧条件については十分に検討をしているため、石英や長石、ジルコンのデモ実験としてカルサイトのルミネッセンスによる三次元ナノイメージングを先ずは試みる。
その後に、冒頭で示した微細構造を有する石英や長石、ジルコンを対象にシリアルセクショニングによる三次元画像解析を試み、結晶学的方位や異方性から微細構造の方位や分布解析を試みる。得られた各種鉱物の微細構造の光学的特性から石英や長石が経験した天体衝突時の衝撃圧力条件の推定やジルコンに記録されている熱史・年代史の解明を試みる。
そこで得られた研究成果については、関連する国内・国際学会で発表すると共に、深度によっては国際誌への投稿準備も行う予定である。
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[Presentation] Microstructural observations of quartz from the basement rocks of the Chicxulub impact structure and shock pressure estimation2018
Author(s)
R. TANI, N. TOMIOKA, M. KAYAMA, Y. CHANG, H. NISHIDO, K. DAS, A. RAE, L. FERRIERE, S.P.S GULICK, J.V. MORGAN, the IODP-ICDP Expedition 364 Scientist
Organizer
AGU FALL MEATING
Int'l Joint Research
