珪酸塩ペロブスカイトの珪素自己拡散係数測定

• Project/Area Number: 19740328
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: ANTON Shatskiy (SHATSKIY Anton) Okayama University, 地球物質科学研究センター, 特別契約職員・助手(スーパーテクニシャン) (90379818)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,680,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2008: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2007: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 自己拡散係数 / 珪素 / スティショバイト / 高温高圧 / Mg2Sio4無水ワズレアイト / 単結晶合成 / フォルステライト / スティショバイト単結晶

Research Abstract

スティショバイトは、マントル主要構成鉱物とは考えられていないが、沈み込むスラブ中に存在すると考えられている。従って、そのレオロジーはマントルダイナイミクスを理解する上で重要であり、珪素自己拡散係数のデータは有用である。また、鉱物学的見地から言うと、スティショバイトは代表的な珪素が六配位を取る鉱物である。四配位珪素と六配位珪素との間の自己拡散係数の違いを明らかにすることは、鉱物の物理的性質を構造から議論する上で有用である。以上の理由から、本研究ではペロフスカイトの自己拡散係数を測定する前に、スティショバイトの珪素自己拡散係数の測定を行った。本研究では、まずスティショバイトの単結晶を、川井型高圧装置を用い温度勾配法により合成した。出発物質は無水珪酸であり、水とともに白金カプセルに封入した。試料は常温で14GPaまで加圧し、1770Kまで加熱した。その後階段状に冷却し、500μmサイズ程度の単結晶を育成した。合成した結晶は、(110)面または(001)面で切断し、コロイダルシリカで研磨し。研磨面に29Siを蒸着した。(110)面を処理した結晶と(001)面を処理した結晶をペアにして高温高圧下でのアニールを行った。アニールした圧力は14GPa、温度は1670K・1770K・1870K・2070Kである。アニールした時間は3時間から100時間である。アニールした試料は、SIMSにより拡散プロファイルの測定を行った。今回得られた結果によると、スティショバイトの珪素自己拡散係数は10(-20)m2/sと非常に小さい。[110]方向の珪素自己拡散係数は[001]方向より少し大きいが、異方性は非常に小さい。[110]方向と[001]方向の活性化エネルギーは320kJ/molと330kJ/molで、MgSi03ペロフスカイト(340kJ/mol)とほぼ同じである。石英とフォルステライトという常圧下で安定な鉱物の珪素自己拡散係数は、750kJ/mol・530kJ/molという大きな値を持つ。六配位の珪素は四配位の珪素と比較し、小さな活性化エネルギーを持ち、高温での拡散係数の絶対値も低いと結論される。

Research Products

• [Journal Article] Thermal expansion of forsterite at high pressures determined by in situ X-ray diffraction : the adiabatic geotherm in the upper mantle (2008)
  • Author(s): Katsura, T., Shatskiy, A, Manthilake, M. A. C. M., Zhai, S.-M., Fukui, H., Yamazaki, D., Matsuzaki, T., Yoneda, A, Ito, E., Kuwata, A, Ueda, A, Nozawa, A and Funakoshi, K.
  • Journal Title: Physics of the Earth and Planetary Interiors (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-pressure synthesis of the cubic perovskite BaRu03 and evolution of ferromagnetism in ARu03 (A=Ca. Sr, Bo) ruthenates (2008)
  • Author(s): Jin, C.-Q., Zhou, J.-S., Goodenough, J. B., Liu, Q. Q., Zhao, J.-G., Yang, L. X., Yu, Y., Yu, R. C., Katsura, T., Shatskiy, A. and Ito, E.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 Pages: 7115-7119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical behavior of the ferromagnetic perovskite BaRu03 (2008)
  • Author(s): Zhou, J.-S., Matsubayashi, K., Uwatoko, Y., Jin, C.-Q., Cheng, J.-G., Goodenough, J. B., Liu, Q. Q., Katsura, T., Shatskiy, A. and Ito. E.
  • Journal Title: Physical Review Letters B 101 Pages: 77206-77206
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Semiconductor resistance heater and its application to large-volume, high-pressure and high-temperature experiments (2008)
  • Author(s): A. Shatskiy, T. Matsuzaki, D. Yamazaki, H. Sumiya, E. Ito and T. Katsura
  • Organizer: International Symposium "Lithosphere Petrology and Origin of Diamond"
  • Place of Presentation: Novosibirsk, Russia
  • Year and Date: 2008-06-07