2016 Fiscal Year Annual Research Report
Phase transition study of minerals by terahertz micro-Raman spectroscopy
| Project/Area Number |
16H04076
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
神崎 正美 岡山大学, 惑星物質研究所, 教授 (90234153)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | ラマン分光法 / テラヘルツ / 鉱物 / 相転移 / ソフトモード / モガナイト |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
最初に本研究費から、備品として液体窒素冷却CCD検出器を購入・設置し、これまでよりも約3倍の感度の増加を実現した。このシステムを使って、MgSiO3輝石(protoenstatite)の同定を試みた。この輝石にはorthoenstatite, protoenstatite, low-clinoenstatiteの３種の相が現れるが、その内の後者2つは低周波数（テラヘルツ）領域に特徴的なピークが出るため、相をよく区別できる。これを使って、MgSiO3輝石を1500 Cから４種の冷却速度で常温に回収した試料を調べたところ、low-clinoenstatite以外にprotoenstatiteがかなりの量含まれることが分かった。これは別途粉末X線回折法により確認された。
さらに、各種ゼオライト鉱物を入手して、それらのテラヘルツ領域のラマン測定を行った。ゼオライト種によってはテラヘルツ領域でブロードで強いピークを持つものがあった。このピークの起源についてはまだよく分かっておらず、今後も研究を進める予定である。
我々は以前にAlPO4 moganite相を発見しており、この相が石英のように高温で相転移することを既にハードモードのラマン測定から見つけているが、期待されるソフトモードは観察されていなかった。今回のシステムを使って、テラヘルツ領域における高温その場観察を行なったところ、その領域の1つのモードが温度とともに大きく低周波数側にシフトすることが観察された。このモードがソフトモードと思われる。本研究での測定系の改良でテラヘルツ領域が測れるようになったことで、ソフトモードを発見することができた。これが本年度の最大の成果である。天然のSiO2 moganiteを入手して、同様の測定を行なったが、こちらは石英が共存することもあって、データの質はよくなく、ソフトモードはまだ確認されていない。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ハードウェアの方としては、本研究費で液体窒素冷却CCD検出器を購入して、すぐに既存の顕微ラマン分光器に設置して、現在まで問題なく稼働している。これにより感度が3倍ほど増加した。その後、ビームスプリッター部分の改造を行い、レーザー光とラマン散乱光をより有効に使えるようにした。これは全て自作による改良である。新しいCCD検出器への交換効果も含め、本研究スタート前から約5倍の感度増が得られた。これは高温や高圧その場測定には必須な改良であり、順調に進展している。これらのハードウェア情報はウェブ上で発信している。
当初の計画では、本年度（初年度）はAlPO4 moganite相の高温その場測定を行なって、テラヘルツ領域においてソフトモードがないか調べる予定であった。その測定を実際に実施した結果、ソフトモードを発見することができた。また、ゼオライト等の鉱物や合成MgSiO3輝石の測定も行なって、テラヘルツ領域スペクトルの有用性を再認識した。
昨年１０月に震度5強の地震（及びそれに伴う余震）がこちらで発生した。当研究所の多くの分析装置が被害を受ける一方、本研究に関係する装置については、光学系がずれる程度の被害で済み、直ちに復旧することができた。ただ、地震に伴う様々な事柄の処理に伴い、時間を取られ、研究面でのスローダウンがあった。
これらの状況から「おおむね順調に進展している」と判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上記のように今年度はハードウェア面の改良が主体であったが、これまで順調に進展している。ただ、使用しているレーザーの出力が老朽化で上がらなくなっているため、次年度ではレーザーを入れ替えることを計画している。現在使っているレーザーは約２０年前購入の空冷式アルゴンレーザーであり、かなりの騒音及び振動を出すが、固体レーザーへの交換によりこれらの問題は解決するだろう。
研究面では本年度にAlPO4 moganite相でソフトモードを発見することができた。天然のSiO2 moganiteについては、既に米国の研究者による高温ラマン測定が行われているが、ソフトモードは見つかっていない。彼らはテラヘルツ領域を調べていない。AlPO4同様にテラヘルツ領域にソフトモードが隠れている可能性が高い。天然のmoganite試料を既に入手済みであり、予察的な測定は既に行なっているが、SiO2 moganiteについて今後本格的に調べて見る予定である。今後のメインの研究計画はテラヘルツ領域測定を高圧高温その場で実施することであり、以前我々が第一原理計算で予測したAlPO4の高圧相転移の確認を行う。この相転移も変位型であり、ソフトモードの観察が期待される。また、ゼオライトやメラノフロージャイトで見られた低周波数でのブロードなピークについて、温度変化を含めて、さらに研究を行なって、その起源を明らかにする予定である。
研究の実施体制については、申請者１名が本研究を実施しており、研究時間が管理運営面で問題（地震など）があると、十分取れなくなってしまう所は否めない。現在研究所のポストとして、我々の研究室のポスドクを選考中であり、採用されればそのポスドクに協力を依頼して、２名体制で研究を確実に実施することができる予定である。
|
| Remarks |
どちらもwikiページです。http://www.misasa.okayama-u.ac.jp/~masami/pukiwiki/index.php?FrontPageがその入り口で、本課題の低周波数（テラヘルツ）ラマン分光法以外にも研究関係の情報を発信してます。「顕微ラマン分光法」でGoogle検索するとトップ10に出てきます。
|
