水素を含む下部マントルペロブスカイト相の安定性と電気伝導性に関する構造科学的研究

• Project/Area Number: 15740317
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 中塚 晃彦 山口大学, 工学部, 助教授 (80294651)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2003: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: ペロブスカイト / 高圧実験 / 下部マントル / 単結晶 / X線構造解析 / perovskite / 水素 / 単結晶X線構造解析

Research Abstract

本研究課題は、"水"を含むAl含有Mg-perovskiteの安定性と電気伝導機構を構造科学的な観点から解明し、Al含有Mg-perovskite中の"水"が下部マントルにおける電気伝導・ダイナミックスに果たす役割を明らかにすることを目的とする。平成15年度および16年度において、H_2Oの飽和条件下における下部マントルの安定相を調べるために、MgO-SiO_2-Al_2O_3-H_2O系の高圧実験を行い、EPMAおよびマイクロフォーカスX線回折装置による生成物の相同定を行った。その結果、27GPaの圧力の下,少なくとも1400℃以上の温度では、perovskite相は生成せず、生成物の多くはphase Dであることが分かった。Al成分が含まれていないMgO-SiO_2-H_2O系の場合、phase Dは1200℃程度以上で分解してしまうが、今回の結果は、Al成分が含まれるとその構造安定性が増大することを示している。
そこで、その構造安定性が増大する原因を結晶化学的見地から解明するために、高圧合成実験で得られた単結晶を用いてX線結晶構造解析を行った。その結果、電荷がより小さく、イオンサイズがより大きなAI^<3+>がSi^<4+>と置換することにより、互いに稜共有した八面体サイト間の静電的斥力が減少すると考えられる。この効果により、phase Dの構造安定性が増大すると解釈できる。

Research Products

• [Journal Article] Aragonite-type lanthanum orthoborate, LaBO_3 (2006)
  • Author(s): A.Nakatsuka
  • Journal Title: Acta Crystallographica E62
• [Journal Article] Reinvestigation of the MgSiO_3 perovskite structure at high pressure (2006)
  • Author(s): M.Sugahara
  • Journal Title: American Mineralogist 91 Pages: 533-536
• [Journal Article] Anharmonic effective pair potentials in α-, β- and γ-CuI determined by Extended X-ray Absorption Fine Structure (2005)
  • Author(s): A.Yoshiasa
  • Journal Title: Solid State Ionics 176 Pages: 2487-2491
• [Journal Article] Cubic phase of single-crystal LaAlO_3 perovskite synthesized at 4.5 GPa and 1273 K (2005)
  • Author(s): A.Nakatsuka
  • Journal Title: Acta Crystallographica E61
• [Journal Article] XAFS study of A-site-deficient La_<0.63>Ti_<0.92>Nb_<0.08>O_3 perovskite (2005)
  • Author(s): A.Yoshiasa
  • Journal Title: Physica Scripta T115 Pages: 372-374
• [Journal Article] Electrical conductivities and conduction mechanisms of perovskite-type Na_<1-x>K_xMgF_3 (x = 0, 0.1, 1) and KZnF_3 (2005)
  • Author(s): A.Yoshiasa
  • Journal Title: Zeitschrift fur Anorganische und Allgemeine Chemie 631 Pages: 502-506
• [Journal Article] Crystal structure of single-crystal CaGeO_3 tetragonal garnet synthesized at 3 GPa and 1000℃ (2005)
  • Author(s): A.Nakatsuka, H.Chaya, A.Yoshiasa
  • Journal Title: American Mineralogist 90 Pages: 755-757
• [Journal Article] The crystal structure of synthetic palenzonaite Ca_2NaMn_2V_3O_<12> (2004)
  • Author(s): A.Nakatsuka, Y.Ikuta, A.Yoshiasa, K.Iishi
  • Journal Title: Applied Mineralogy : Development in Science and Technology 2 Pages: 631-634
• [Journal Article] Single crystal X-ray diffraction study of vanadate garnet Ca_2NaZn_2V_3O_<12> (2004)
  • Author(s): A.Nakatsuka, Y.Ikuta, A.Yoshiasa, K.Iishi
  • Journal Title: Materials Research Bulletin 39 Pages: 949-956
• [Journal Article] Oxygen-deficient strontium cobaltate, SrCoO_<2.64> (2004)
  • Author(s): A.Nakatsuka, A.Yoshiasa, N.Nakayama, T.Mizota, H.Takei
  • Journal Title: Acta Crystallographica C60
• [Journal Article] Vanadate garnet, Ca_2NaMg_2V_3O_<12> (2003)
  • Author(s): A.Nakatsuka, Y.Ikuta, A.Yoshiasa, K.Ilishi
  • Journal Title: Acta Crystallographica C59