2015 Fiscal Year Research-status Report
温度・圧力を変数とした鉱物結晶化学：原子変位から読み解く地球内部の弾性異方性
| Project/Area Number |
15K05344
|
|---|
| Research Institution | Yamaguchi University |
|---|
Principal Investigator |
中塚 晃彦 山口大学, 理工学研究科, 准教授 (80294651)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 惠子 山口大学, 理工学研究科, 助手 (50253175)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 単結晶X線構造解析 / 地球内部物質 / 原子変位 / デバイ温度 / ポテンシャルパラメータ / 弾性波速度 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
最近我々は、原子の平均二乗変位（MSD）の温度依存性にデバイモデルを適用し、個々の原子においてデバイ温度の異方性を決定する手法を確立した。この手法により得られたデバイ温度の異方性から弾性波速度の異方性の見積もりが可能であると同時に、構造安定性の理解にとって非常に重要な原子変位に関する詳細情報の獲得も可能である。本研究課題は、地球内部物質の単結晶X線回折の温度変化実験から、地球内部での地震波の速度異常や異方性に関する知見と同時に、原子変位に関する詳細な構造情報から構造安定性に関する知見の獲得を目的とする。
平成27年度は、下部マントルの主要構成物質であるぺロブスカイト型MgSiO3のアナログ物質として重要なぺロブスカイト型CaGeO3について研究を行った。12 GPa・1253 K の高圧高温下で、ぺロブスカイト型CaGeO3単結晶の合成に成功した。この化合物は900 K 以上で非晶質化することがわかった。98-898 K の温度範囲内の18個の温度点で回折強度測定を行い、構造精密化を行った。その結果、過去に520 K で報告されたPbnmからCmcmへの構造相転移は存在せず、測定した温度範囲内において、ぺロブスカイト型CaGeO3はPbnm構造を維持していることがわかった。MSDに対するデバイモデルフィッティングの結果、各原子において有意な静的変位成分は観測されなかった。得られたデバイ温度からポテンシャルパラメータを求めた結果、Ca < O1 < O2 << Geの順に大きくなることがわかった。CaとGeのこの関係は、結合距離の熱膨張係数から期待される結合の固さと一致している。酸素原子が示す顕著なMSDの異方性は、これら酸素原子と固く結合しているGeとの相互作用の結果であると考えられた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
使用する装置すべてが順調に稼働しており、滞りなく研究が進んだため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ポストペロブスカイト型およびペロブスカイト型CaIrO3、ペロブスカイト型およびガーネット型MgSiO3、ガーネット型CaGeO3にも対象物質を拡張し、今年度と同様の手法を用いて実験・解析を行い、各化合物の原子変位挙動を検討し、デバイ温度・ポテンシャルパラメータを決定し、弾性波速度を求める。さらに、各化合物の高温・高圧下における相転移挙動を検討する。得られた結果を総括し、地球内部での地震波速度異方性とこれら化合物の構造安定性・構造相転移機構との関係を明らかにしていく予定である。
|
