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Jul 10, 2023

この奇妙な岩は暗闇で自然に光る、そして今、科学者たちはその仕組みを解明した：ScienceAlert

鉱物ハックマナイト (またはテネブレセント ソーダライト) の残光は、科学者にとって長い間謎であった魅力的な自然現象です。

鉱物ハックマナイト (またはテネブレセント ソーダライト) の残光は、自然界のどの物質よりも効果的に暗闇で光る合成材料を開発できるようになったにもかかわらず、科学者にとって長い間謎であった魅力的な自然現象です。

地質学者は 1800 年代に初めてこの鉱物について説明しました。彼らは、割ったり、暗闇に置いたりすると、柔らかく明るいピンク色に輝き、光の下では失われる傾向に興味をそそられました。 その後の研究により、この特性の背後にある化学が絞り込まれることになりますが、反応の正確な性質はわかりにくいことが判明しています。

今回新たな研究で、特定の種類のハックマナイトが、明るい環境から暗い環境に移動する際にどのようにしてその輝きを維持するのかが正確に概説されています。 鍵となるのは、鉱物の形成方法によって決まる、鉱物の天然不純物の間の微妙な相互作用です。

ハックマナイトが暗い環境でどのように白色発光するのかをより深く理解することは、科学者が非常口標識などの暗闇で電源なしで発光できる独自の合成材料を開発するのにさらに役立ちます。

フィンランドのトゥルク大学の材料化学者イザベラ・ノルボ氏は、「私たちは合成ハックマナイトを使って多くの研究を行い、天然ハックマナイトより明らかに長い残光を持つ材料を開発することができました」と語る。

「しかし、発光に影響を与える条件はこれまで不明でした。」

実験データと計算データの両方を組み合わせて研究され、ハックマナイトが放つ残光に関しては、硫黄、カリウム、チタン、鉄の濃度とバランスが最も重要であることが判明しました。

特に、チタンは実際に光る元素であり、その光自体は電子伝達によって引き起こされることが判明した。

ただし、チタン濃度だけでは発光を発生させるのに十分ではなく、他の元素の適切な混合も必要です。

研究者らは、たとえ自然が実験室で操作できる輝きの強さに匹敵することができなかったとしても、この種の研究を通じて合成材料を改良し、より効率的かつ信頼性の高いものにすることができると述べている。

トゥルク大学の材料化学者ミカ・ラストサーリ氏は、「現在使用されている材料はすべて合成であり、例えば、おなじみの緑色の残光を持つ材料はユーロピウムと呼ばれる元素からその輝きを得ている」と語る。

「この種の材料の難しさは、発光する目的の元素を添加することはできても、その残光特性を予測できないことです。」

研究にはグリーンランド、カナダ、アフガニスタン、パキスタンからのハックマナイトのサンプルが使用され、化学者、鉱物学者、地質学者、物理学者、統計学者、その他の科学者からなる国際チームがハックマナイトの輝きで何が起こっているのかを正確に解明することに携わりました。

謎の一部は、なぜ一部のハックマナイトが発光し、他のものは発光しないのかということでしたが、さまざまなサンプルを注意深く比較することで、チームはオレンジ色のフォトルミネセンス（吸収された光子を光に変える）と青色の持続発光の必要な組み合わせを特定することができました。 （加熱せずに発光する）、および紫色のフォトクロミズム（電磁放射によって引き起こされる化学変化の一形態）。

自然の元素と化学反応が複雑に混ざり合ったものですが、その結果、この種の輝きにマッチする、より優れた合成素材が生まれるはずです。 材料科学の観点からは、発光の明るさだけでなく、発光持続時間も重要です。

「これらの結果により、ハックマナイトの残光に影響を与える条件に関する貴重な情報が得られました」とラストサーリ氏は言います。

「この場合、自然は合成材料ほど効果的な発光材料を形成することはできませんでしたが、自然はますます効果的な発光材料の開発に大きく貢献してきました。」

この研究は Chemistry of Materials に掲載されました。