金属原子の隙間にある水素を研究者らが追跡

研究者らは金属合金内部にある重い水素の分布を可視化し、水素が構造上の欠陥に集まるだけでなく、原子の間の微小な隙間にも存在することを示す証拠を得た。

水素は強度の高い金属をもろくし、亀裂を生じやすくすることがあるため、水素の貯蔵・輸送設備では懸念となっている。しかし、水素原子は非常に動きやすく、測定前に試料から逃げ出すことがある。

Natureに掲載されたこの研究で、シドニー大学が率いるチームは、実験で得られる信号を装置内にもともと存在する水素と区別しやすくするため、水素の重い同位体である重水素を用いた。原子の流出を抑えるため試料を液体窒素で冷却し、極微小なスケールで元素の3次元分布を描き出すアトムプローブトモグラフィーという手法で分析した。

得られた分布図では、化学組成と原子配列から水素をより強く保持すると予測された領域に、重水素が集中する様子が繰り返し示された。ニッケル基合金では、隣接する領域間の違いも検出され、それぞれの水素保持能力に関する理論予測と一致した。

追加の試験も、検出された重水素の大部分が原子間の隙間を占めていたという解釈を支持した。ただし、検出された重水素の一部が、見えない欠陥に由来する可能性は排除できない。今回の進展は、これまで捉えにくかった水素の存在状態を調べる手段を提供し、その挙動に関する計算と実験的証拠を結び付ける助けとなる。