Rotational diamond anvil deformation cell and deformation test on post-perovskite

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K13907
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 舘野 繁彦 東京工業大学, 地球生命研究所, 研究員 (30572903)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 変形装置 / ダイヤモンドアンビル

Outline of Annual Research Achievements

地球の下部マントルは主要にブリッジマナイトで構成されている。このブリッジマナイトは、約120 GPaの圧力で高圧相であるポストペロフスカイトに相転移することが2004年に明らかにされた。ポストペロフスカイトはマントルと核との境界層であるD”層の主要構成物質と考えられている。従って、ポストペロフスカイトの流動特性を解明することは、マントル対流、ひいては全地球的ダイナミクスに大きな制約を与えることになる。
流動特性の解明には、変形量と応力の関係からの粘性率の推定や、変形場での微細構造の観察が鍵である。そこで、高圧下での変形実験が直接的な手法となる。上述したように、ポストペロフスカイト相は、約120 GPa以上のみで安定であり、そのため既存の変形装置では実験を行うことができない。平成28年度には、ダイヤモンドアンビルを改造した超高圧変形装置の開発を行い、当年度末に導入に至った。
平成29年度には、導入された変形ダイヤモンドアンビル装置を用いて、使用予定であった加熱装置の準備が遅れていたため、室温下での実験を行った。試料には、室温下においても塑性変形が可能な金属を用いた。約40 GPaでアンビルを回転させ変形を起こした。回転角は大変形が期待できる360度である。回収試料に対する電子顕微鏡観察の結果、変形していることは確認され、高圧下での変形装置として有用であることが確認できた。今後は、加熱装置と組み合わせることで、高圧高温下での変形実験を行って行く。

Research Products

• [Journal Article] Negative activation volume of oxygen self-diffusion in forsterite (2018)
  • Author(s): Fei, H., Wiedenbeck, M., Sakamoto, N.,Yurimoto, H., Yoshino, T., Yamazaki, D., Katsura, T.
  • Journal Title: Phys. Earth Planet. Inter. Volume: 275 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2017.12.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pressure generation to 65 GPa in Kawai-type multi-anvil apparatus with tungsten carbide anvils (2017)
  • Author(s): Ishii, T., Yamazaki, D., Tsujino, N., Xu, F., Liu, Z., Kawazoe, T., Yamamoto, T., Druzhbin, D., Wang, L., Yuji, H., Tange, Y., Yoshino, T., Katsura, T.
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 37 Pages: 507-515
  • DOI: 10.1080/08957959.2017.1375491
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A nearly water-saturated mantle transition zone inferred from mineral viscosity (2017)
  • Author(s): Fei, H., Yamazaki, D., Sakurai, M., Miyajima, N., Ohfuji, H., Katsura, T. and Yamamoto, T.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 3 Pages: e1603024
  • DOI: 10.1126/sciadv.1603024
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis of boron-doped diamond and its application as a heating material in a multi-anvil high-pressure apparatus (2017)
  • Author(s): Xie, L., Yoneda, A., Yoshino, T., Yamazaki, D., Tsujino, N., Higo, Y., Tange, Y., Irifune, T., Shimei, T., Ito, E.
  • Journal Title: Rev. Sci. Instrum. Volume: 88 Pages: 093904
  • DOI: 10.1063/1.4993959
  • Peer Reviewed
• [Presentation] High Pressure Generation in a Kawai-type Multianvil Apparatus Equipped with Sintered Diamond Anvils (2017)
  • Author(s): Yamazaki, D.
  • Organizer: AIRAPT26 Joint with ACHPR 8 & CHPC 19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Pressure generation of 120 GPa in a Kawai-type apparatus and stability of bridgmanite (2017)
  • Author(s): Yamazaki, D.
  • Organizer: 地球惑星関連連合大会(JpGU)
• [Presentation] 六方晶鉄の変形実験：軽元素の影響 (2017)
  • Author(s): 山崎大輔
  • Organizer: 高圧討論会