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[PPS08-04] リュウグウ粒子中プラケット状マグネタイトの結晶方位解析
キーワード：リュウグウ、磁鉄鉱、炭素質コンドライト、結晶学
はじめに JAXAのはやぶさ2探査機がC型小惑星リュウグウから持ち帰ったサンプル粒子は、初期分析によりCIコンドライトに類似していることが明らかとなった[Nakamura et al., 2022]。リュウグウ粒子は主に層状珪酸塩鉱物からなるマトリクス中に、マグネタイト、ピロータイト、カーボネイトなどが存在している。X線ナノトモグラフィー（XnCT）を用いた初期分析によって、マグネタイトは含まれている他の鉱物とは異なり、様々な形状（スフェルライト、プラケット、フランボイド、棒状、等粒状など）で存在している。マグネタイト粒子の形状の多様性は、非晶質珪酸塩鉱物が氷の融解によって生成した水に溶解した結果、高度に過飽和な水溶液が生成され、高過飽和度から低過飽和度への変化に従ってもたらされたものであると考えられている[Tsuchiyama et al., 2024]。マグネタイトの多様な形状を結晶方位と組み合わせて分類することで、その形成と進化に関するより詳細な知見が得られると考えられる。これまでに、マグネタイトの3次元形状はXnCTを用いて明らかにされているが、その結晶方位の正確な情報はほとんどない。そこで本研究では、XnCTと透過型電子顕微鏡（TEM）による制限視野電子線回折（SAED）を組み合わせることで、結晶方位を含む3次元的な結晶形状を記述する手法を開発し、リュウグウ試料中のマグネタイト結晶に適用した。今回は、プラケット形状のマグネタイト粒子について報告する。
試料・手法 A0063-FC010およびA0067-FIB006粒子中のプラケット状マグネタイト（0.3 µm程度の板が10枚前後積み重なったような形状）の分析を行った。CT画像とTEM画像およびSAED情報を組み合わせる手法の詳細はOno et al. (2024)の通りである。A0063-FC010で1つ（Mt_1）、A0067-FIB006では2つ（Mt_2、Mt_3）のプラケット状マグネタイト調べた。Mt_3では2枚の板でそれぞれSAEDを、Mt_1, Mt_2ではそれぞれ1箇所ずつSAEDを取得した。それぞれのプラケット状マグネタイト粒子について、CT画像とSAEDパターンから、結晶方位を求め、結晶の３次元形状との関係を正確に求めた。
結果・考察 A0063-FC010のMt_1では、プラケットを構成する板はほぼ[101]方向に積層していることがわかった。A0067-FIB006のMt_2も同様に、板はほぼ[101]方向に積層していることがわかった。Mt_3は、２枚の隣接した板のSAEDパターンを取得したが、両方がほぼ[001]方向に積層していた。しかし、それぞれの板の積層方向に垂直な結晶方位は一致せず、一方の板の[100]ともう一方の板の[110]がほぼ同じ向きに並んでいた（すなわち、積層方向を軸にして、２枚の板が相対的に~45°回転している）。先行研究[Chan et al., 2016]では、SEM/EBSDマップの結果から、ほぼ同じ結晶方位を持った数枚の板からなるグループが、[001]を軸として回転しながら、[001]方向に積層していることが報告されている。Mt_2とMt_3は近接して存在しており、同じ場所で[001]と[101]積層のものが生成されていた。あるいは、一つのプラケットで、[001]と[101]積層が混在している可能性もある。また、本研究で観察したプラケット状マグネタイトには、板の内部に空孔（あるいはマトリクス様の物質が詰まったもの）が存在していたが、先行研究ではプラケット内部には、そのような空孔の存在は報告されていない。
結論 本研究では、2つのリュウグウ粒子からそれぞれプラケット状マグネタイトの結晶方位を3次元CT画像とSAEDパターンから解析した。これにより、プラケット状マグネタイトは、先行研究によって指摘されていたような板の[001]方向への積層だけでなく、 [101]方向への積層も存在することがわかった。もしリュウグウとCIのプラケットが同じ構造的な特徴を持っているとすると、プラケットは[001]または [101]方向に積層し、同じ結晶方位を持った何枚かの板のグループが、積層方向を軸にして回転していると考えられる。このような複雑な構造は、プラケットが比較的高飽和度で急速成長をした結果であると考えられる。一方で、リュウグウとCIではプラケットの板内部に空孔の有無という相違点も存在しており、プラケットの形成過程が両者で全く同じではないと考えられる。今後は、同一プラケットの中の複数の板の方位のSAEDパターンを取得し（あるいは電子回折マッピングを行い）、マグネタイトがどのように積層しているのかを詳細に明らかにしていきたい。
試料・手法 A0063-FC010およびA0067-FIB006粒子中のプラケット状マグネタイト（0.3 µm程度の板が10枚前後積み重なったような形状）の分析を行った。CT画像とTEM画像およびSAED情報を組み合わせる手法の詳細はOno et al. (2024)の通りである。A0063-FC010で1つ（Mt_1）、A0067-FIB006では2つ（Mt_2、Mt_3）のプラケット状マグネタイト調べた。Mt_3では2枚の板でそれぞれSAEDを、Mt_1, Mt_2ではそれぞれ1箇所ずつSAEDを取得した。それぞれのプラケット状マグネタイト粒子について、CT画像とSAEDパターンから、結晶方位を求め、結晶の３次元形状との関係を正確に求めた。
結果・考察 A0063-FC010のMt_1では、プラケットを構成する板はほぼ[101]方向に積層していることがわかった。A0067-FIB006のMt_2も同様に、板はほぼ[101]方向に積層していることがわかった。Mt_3は、２枚の隣接した板のSAEDパターンを取得したが、両方がほぼ[001]方向に積層していた。しかし、それぞれの板の積層方向に垂直な結晶方位は一致せず、一方の板の[100]ともう一方の板の[110]がほぼ同じ向きに並んでいた（すなわち、積層方向を軸にして、２枚の板が相対的に~45°回転している）。先行研究[Chan et al., 2016]では、SEM/EBSDマップの結果から、ほぼ同じ結晶方位を持った数枚の板からなるグループが、[001]を軸として回転しながら、[001]方向に積層していることが報告されている。Mt_2とMt_3は近接して存在しており、同じ場所で[001]と[101]積層のものが生成されていた。あるいは、一つのプラケットで、[001]と[101]積層が混在している可能性もある。また、本研究で観察したプラケット状マグネタイトには、板の内部に空孔（あるいはマトリクス様の物質が詰まったもの）が存在していたが、先行研究ではプラケット内部には、そのような空孔の存在は報告されていない。
結論 本研究では、2つのリュウグウ粒子からそれぞれプラケット状マグネタイトの結晶方位を3次元CT画像とSAEDパターンから解析した。これにより、プラケット状マグネタイトは、先行研究によって指摘されていたような板の[001]方向への積層だけでなく、 [101]方向への積層も存在することがわかった。もしリュウグウとCIのプラケットが同じ構造的な特徴を持っているとすると、プラケットは[001]または [101]方向に積層し、同じ結晶方位を持った何枚かの板のグループが、積層方向を軸にして回転していると考えられる。このような複雑な構造は、プラケットが比較的高飽和度で急速成長をした結果であると考えられる。一方で、リュウグウとCIではプラケットの板内部に空孔の有無という相違点も存在しており、プラケットの形成過程が両者で全く同じではないと考えられる。今後は、同一プラケットの中の複数の板の方位のSAEDパターンを取得し（あるいは電子回折マッピングを行い）、マグネタイトがどのように積層しているのかを詳細に明らかにしていきたい。