Experimental study on superionic ice at high pressures and temperatures

• Project/Area Number: 22540489
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Petrology/Mineralogy/Science of ore deposit
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: OKADA Taku 東京大学, 物性研究所, 助教 (90343938)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2012: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2011: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2010: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 氷惑星 / 水素 / プロトン / 氷 / 超イオン伝導 / 高圧 / 高温 / 電気抵抗 / 地球・惑星内部構造 / 水 / 低温

Research Abstract

Experimental techniques to make in-situ AC impedance measurements at high pressures and temperatures was developed using diamond anvil cells and CO2 laser heating. AC impedance of high-pressure H2O ices was measured up to 50 GPa and 2000 K. The impedance decreased gradually with increasing temperature and some discontinuous changes were observed at around 40 GPa. The change might correspond to the transformation into a superionic phase. On the other hand, during increasing pressure at room temperature, the impedance decreased with increasing pressure and took a local minimum at around 10 GPa. Then, it increased with pressure. From view point of molecular dynamics simulation, the trough of the impedance can be interpreted from collaboration of proton conduction of ionic defects and rotation defects in ices.

Research Products

• [Journal Article] High-pressure phase of vanadium pentaoxide (2012)
  • Author(s): A. K. Arora, T. Sato, T. Okada and T. Yagi
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 85巻 Issue: 9 Pages: 94413-94413
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.094113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reaction of forsterite with hydrogen molecules at high pressure and temperature (2012)
  • Author(s): A.Shinozaki
  • Journal Title: Physics and Chemistry of Minerals Volume: 39 Issue: 2 Pages: 123-129
  • DOI: 10.1007/s00269-011-0467-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A simple opposed-anvil apparatus for high pressure and temperature experiments above 10 GPa (2011)
  • Author(s): Hirotada Gotou, et al
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 31 Issue: 4 Pages: 592-602
  • DOI: 10.1080/08957959.2011.618130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] B1-to-B2 Structural Transitions in Rock Salt Intergrowth Structures (2011)
  • Author(s): T.Yamamoto, et al
  • Journal Title: Inorg.Chem. Volume: 50 Issue: 22 Pages: 11787-11794
  • DOI: 10.1021/ic201901a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of a New Carbon-Nitride-Related Material C2N2 (CH2) (2011)
  • Author(s): Sougawa, M., Sumiya, T., Takarabe, K., Mori, Y., Okada, T., Gotou, H., Yagi, T., Yamazaki, D., Tomioka, N., Katsura, T., Kariyazaki, H., Sueoka, K., Kunitsugu, S.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Issue: 9R Pages: 95503-95503
  • DOI: 10.1143/jjap.50.095503
  • NAID: 210000071192
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Compression behaviors of binary skutterudite CoP3 in noble gases up to 40 GPa at room temperature (2011)
  • Author(s): K. Niwa, D. Nomichi, M. Hasegawa, T. Okada, T. Yagi and T. Kikegawa
  • Journal Title: INORGANIC CHEMISTRY Volume: 50巻 Issue: 8 Pages: 3281-3285
  • DOI: 10.1021/ic101916c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-Induced Structural, Magnetic, and Transport Transitions in the Two-Legged Ladder Sr3Fe2O5 (2011)
  • Author(s): T.Yamamoto, et al
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 133 Issue: 15 Pages: 6036-6043
  • DOI: 10.1021/ja200410z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-pressure phase behavior of MnTiO_3 : decomposition of perovskite in to MnO and MnTi^22O_5 (2011)
  • Author(s): Okada T, Yagi T, Nishio-Hamane D
  • Journal Title: PHYSICS AND CHEMISTRY OF MINERALS Volume: 38 Pages: 251-258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lattice-preferred orientations in post-perovskite-type MgGeO_3 formed by transformations from different pre-phases (2010)
  • Author(s): Okada T, Yagi T, Niwa K, et al.
  • Journal Title: PHYSICS OF THE EARTH AND PLANETARY INTERIORS Volume: 180 Pages: 195-202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural analysis of pressure-amorphized zirconium tungstate (2010)
  • Author(s): Arora AK, Okada T, Yagi T
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 81 Pages: 134103-134103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decomposition of perovskite FeTiO_3 into wustite Fe_<1-x>Ti_<0.5x>O and orthorhombic FeTi_3O_7 at high pressure (2010)
  • Author(s): Nishio-Hamane D, Yagi T, Okada T, et al.
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 82 Pages: 92103-92103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] pi-Conjugated Polymers Consisting of Isothianaphthene and Dialkoxy-p-phenylene Units : Synthesis, Self-Assembly, and Chemical and Physical Properties (2010)
  • Author(s): Yamamoto T, Usui M, Okada T, et al.
  • Journal Title: MACROMOLECULAR CHEMISTRY AND PHYSICS Volume: 211 Pages: 2138-2147
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 氷VIIプロトン伝導率の圧力温度変化と超イオン伝導氷の探索 (2012)
  • Author(s): 岡田卓、八木健彦
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 豊中市・大阪大学会館
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] Pressure response of proton conductivity of H2O ice VII (2012)
  • Author(s): T. Okada, T. Yagi, T. Iitaka, K. Aoki, M.I. Eremets, I.A. Trojan
  • Organizer: IUCr Commission on High Pressure 2012Meeting
  • Place of Presentation: 水戸市・ホテルレイクビュー水戸
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] 高圧氷VII及び VIII のプロトン伝導率 (2012)
  • Author(s): 岡田卓 、八木健彦
  • Organizer: 日本鉱物科学会 2012 年年会
  • Place of Presentation: 京都市・京都大学吉田キャンパス
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] 氷 VII 及び VIII のプロ トン伝導率の圧力温度変化と相関係 (2012)
  • Author(s): 岡田卓 、八木健彦
  • Organizer: 地球惑星科学連合 2012 年大会
  • Place of Presentation: 幕張市・幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2012-05-23
• [Presentation] 氷VII、VIIIのプロトン伝導率の圧力温度依存性 (2011)
  • Author(s): 岡田卓, 八木健彦, 青木勝敏, ミハイル・エルメッツ, イワン・トロヤン
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 那覇市・沖縄キリスト教学院
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] Fe_2O_3の高圧下における相関係 (2011)
  • Author(s): 八木健彦, 中村ひとみ, 浜根大輔, 岡田卓
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 那覇市・沖縄キリスト教学院
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] クリストバライトのヘリウム中での異常な圧縮挙動 (2011)
  • Author(s): 高田啓人, 佐藤友子, 八木健彦, 岡田卓, 若林大佑, 中山和也, 船守展正
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 那覇市・沖縄キリスト教学院
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] 氷 VII, VIII のプロトン伝導率の圧力温度依存性 (2011)
  • Author(s): 岡田卓 、八木健彦、青木勝敏、ミハイル・エ ルメッツ、イワン・トロヤン
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 沖縄県西原町・沖縄キリスト教学院
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] 高温高圧下におけるH_2の影響によるforsteriteの分解反応 (2011)
  • Author(s): 篠崎彩子, 平井寿子, 大藤弘明, 町田真一, 岡田卓, 八木健彦
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 那覇市・沖縄キリスト教学院
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] 新規窒化炭素化合物の合成、結晶構造、圧力効果とCN単結合の強さ (2011)
  • Author(s): 寒川匡哉, 森嘉久, 財部健一, 岡田卓, 後藤弘匡, 八木健彦, 山崎大輔, 富岡尚敬, 桂智男, 仮屋崎弘昭, 末岡浩治
  • Organizer: 第52回高圧討論会
  • Place of Presentation: 那覇市・沖縄キリスト教学院
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] 高圧下における氷 VIIの高プロトン伝導状態 (2011)
  • Author(s): 岡田卓、八木健彦ミハイル・エルメッツ、
  • Organizer: 北海道大学・低温研究所シンポジウム「氷の物理と化学研究の新展開」
  • Place of Presentation: 札幌市・北海道大学・低温研究所
  • Year and Date: 2011-09-05
• [Presentation] 高圧下における氷VIIの高プロトン伝導状態 (2011)
  • Author(s): 岡田卓, 八木健彦, ミハイル・エルメッツ, イワン・トロヤン
  • Organizer: 北海道大学・低温研究所シンポジウム「氷の物理と化学研究の新展開」
  • Place of Presentation: 北海道大学・低温研究所
  • Year and Date: 2011-09-05
• [Presentation] 氷 VII 相のイオン抵抗及び屈折率の圧力応答 (2011)
  • Author(s): 岡田卓、八木健彦、ミハイル・エルメッツ、イワン・トロヤン
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合 2011 年大会
  • Place of Presentation: 幕張市・幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] 氷VII相のイオン抵抗及び屈折率の圧力応答 (2011)
  • Author(s): 岡田卓, 八木健彦, ミハイル・エルメッツ, イワン・トロヤン
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 千葉市・幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] 低密度SiO_2のヘリウム中での異常な圧縮挙動 (2011)
  • Author(s): 佐藤友子, 八木健彦, 岡田卓, 後藤弘匡, 高田啓人, 若林大佑, 中山和也, 船守展正
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • Place of Presentation: 千葉市・幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2011-05-25
• [Presentation] MnTiO3ペロブスカイトの高圧相関係:MnO+MnTi2O5相への分解 (2010)
  • Author(s): 岡田卓・八木健彦・浜根大輔
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-22
• [Presentation] FeTiO3の高圧相転移:FeO+FeTi3O7相への分解 (2010)
  • Author(s): 浜根大輔・八木健彦・大城正裕・岡田卓・丹羽健
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-22
• [Presentation] Fe2O3の高温高圧下における相転移 (2010)
  • Author(s): 中村ひとみ・八木健彦・浜根大輔・岡田卓
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-22
• [Presentation] レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用いた超臨界流体中におけるルチル型酸化物の特異な結晶成長 (2010)
  • Author(s): 丹羽健・池谷仁志・田口鷹志・長谷川正・徳永智春・岡田卓・八木健彦
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-22
• [Presentation] B-O系物質の高圧高温合成と相安定性 (2010)
  • Author(s): 秦野照章・丹羽健・草場啓治・長谷川正・後藤弘匡・岡田卓・八木健彦
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-21
• [Presentation] 窒化炭素の合成と評価 (2010)
  • Author(s): 寒川匡哉・隅谷隆洋・財部健一・森嘉久・岡田卓・後藤弘匡・八木健彦・山崎大輔・富岡尚敬・桂智男
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] ゼオライトLTAの様々な圧力媒体を用いた圧縮挙動 (2010)
  • Author(s): 田中辰也・丹羽健・長谷川正・岡田卓・八木健彦
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] 超高圧高温下での新規金属窒化物の合成 (2010)
  • Author(s): 奥野賢太郎・丹羽健・長谷川正・岡田卓・八木健彦
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] 超高圧高温下での新規遷移金属燐化物の創製 (2010)
  • Author(s): 久保田隼人・丹羽健・長谷川正・岡田卓・八木健彦
  • Organizer: 第51回高圧討論会
  • Place of Presentation: 仙台市・戦災復興記念館
  • Year and Date: 2010-10-20
• [Presentation] Fe2O3の高温高圧下における相転移 (2010)
  • Author(s): 中村ひとみ・八木健彦・浜根大輔・岡田卓
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉市・幕張メッセ国際会議場
  • Year and Date: 2010-05-24
• [Presentation] 氷VII及びVIIIのプロトン伝導率の圧力温度変化と相関係
  • Author(s): 岡田卓, 八木健彦
  • Organizer: 地球惑星科学連合2012年大会
  • Place of Presentation: 千葉県幕張市：幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] 高圧氷VII及びVIIIのプロトン伝導率
  • Author(s): 岡田卓, 八木健彦
  • Organizer: 日本鉱物科学会2012年年会
  • Place of Presentation: 京都府京都市：京都大学吉田キャンパス
• [Presentation] Pressure response of proton conductivity of H2O ice VII
  • Author(s): T. Okada, T. Yagi, T. Iitaka, K. Aoki, M.I. Eremets, I.A. Trojan
  • Organizer: IUCr Commission on High Pressure 2012 Meeting
  • Place of Presentation: 茨城県水戸市：ホテルレイクビュー水戸
• [Presentation] 氷VIIプロトン伝導率の圧力温度変化と超イオン伝導氷の探索
  • Author(s): 岡田卓, 八木健彦
  • Organizer: 第53回高圧討論会
  • Place of Presentation: 大阪府豊中市：大阪大学会館