2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mineral crystal chemistry as a function of temperature and pressure: anisotropy of elasticity in the Earth's interior elucidated from atomic displacement behavior
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15K05344
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
中塚 晃彦 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (80294651)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 惠子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助手 (50253175)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、単結晶X線回折の温度変化実験から得た地球内部物質の原子変位に関する詳細な構造情報からそれらの構造安定性や物性に関する知見を獲得し，実際の地球内部における諸現象の解明の一助とすることを目的とする。平成29年度は、下部マントル物質CaSiO3ペロブスカイトのアナログ物質であるSrGeO3ペロブスカイトについて研究を行った。6 GPa・1223 Kの条件下で育成した単結晶試料を用い、100～323 Kの範囲内の7つの温度点で単結晶X線構造解析を行った。構造解析の結果、酸素の熱振動は著しく異方的であり、その変位楕円体はGe-O方向にかなり抑圧されていることがわかった。Ge-O方向における酸素原子の平均二乗変位（MSD）はほとんど温度に依存しないが、一方、結合に垂直な方向におけるMSDは温度の上昇とともに大きく増加する。ボンドバレンスから見積もった化学結合性、残差電子密度解析による結合電子の観察、決定したデバイ温度から見積もった一粒子ポテンシャル係数から、この特異な酸素原子の熱振動挙動はGe-O結合における強い共有結合性に起因すると考えられた。
最終年度である本年度（平成29年度）は、本研究期間（27～29年度）に行った下部マントル物質のアナログとして重要なペロブスカイト型・ポストペロブスカイト型化合物で得たすべての研究成果をまとめ、地球内部で生じる相転移などについて考察した。その結果、下部マントル物質MgSiO3ペロブスカイトが，下部マントル中でポストペロブスカイト相へ相転移するまでの間（約23 GPa・1900 K～125 GPa・2500 K），常温常圧下で安定なPbnm構造とは異なる対称性のペロブスカイト相へ相転移する可能性は十分にあるなど、重要な知見を得た。
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