単結晶を用いた高圧下格子振動解析による地球物質の高圧構造転移に関する弾性論の研究

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14204053
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山中 高光 大阪大学, 理学研究科, 教授 (30011729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大高 理 大阪大学, 理学研究科, 助教授 (40213748) ; 岡田 卓 大阪大学, 理学研究科, 特任助手 (90343938)
• Keywords: 高温高圧ラマン散乱実験 / マントル高圧物質 / 単結晶ラマン散乱実験 / 構造相転移の格子力学 / 含水鉱物の水素結合の圧力変化 / イルメナイトの高温ラマン散乱 / 格子振動解析

Research Abstract

地球深部物質の単結晶X線回折実験からは原子間距離,結合電子,電子状態,有効電荷の情報が得られるが,格子間力のエネルギ情報は格子振動解析から与えられる.本研究では高温,高圧下でのレーザーラマン分光装置を用いて温度や圧力を関数にした結晶力学について議論する.
1.格子振動解析の主要装置である日本分光社製の顕微ラマン装置についてラマン散乱スペクトルシステムの高温,高圧条件での立ち上げとその性能の向上を行った.低波数領域から目的のバンド領域で,解析に必要な分解能の達成を確認した.
2.国内,国外で粉末試料の高圧ラマン分光実験は行われてきたが,格子振動解析を目的に,異方性を考慮した単結晶試料の高圧下でのラマン分光実験はまだ報告はない.結晶試料方位をX-線回折実験で規定した試料に関して高温高圧ラマン散乱実験装置を開発した.
3.マントル中でMgSiO_3は輝石→ガーネット→イルメナイト→ペロブズカイトに転移するが,MgSiO_3,MgGeO_3,MgTiO_3のイルメナイトを合成しこれら3試料の加熱ラマン散乱実験から原子の熱振動による格子間力の違いについて議論を行った.
4.上記3試料について高圧ラマンスペクトル解析を行った.DACに試料と圧力媒体を装填し,圧力を変数にしてラマンシフトを測定し,格子間力の圧力効果を議論した.
5.またマントル中の水について理解するために,単純なCa(OH)2について温度圧力変化に伴うラマンスペクトルの逐次測定を行った.O-H…Oの水素結合の圧力効果を究明し,圧力・応力転移についてその起因力となる体積圧縮率,弾性率,状態方程式等に関する理解を深めた.
6.本研究成果から今後高温・高圧状態での単結晶ラマン散乱実験によって地球内部物質の格子力学的観点からもより正確な知見が得られよう.