New approach for phase transformation of mantle minerals under high pressure and heavy strain

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17040:Solid earth sciences-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: YUSA Hitoshi 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (10343865)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平尾 直久 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70374915) ; 藤久 裕司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90357913)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ダイヤモンドアンビルセル / 構造相転移 / 歪・差応力 / 高圧化その場観察

Outline of Final Research Achievements

To examine the effect on the transition pressure under non isotropic pressure fields, we developed a high-pressure apparatus equipped with high-precision controlled system using a piezo actuator device and a DAC rotating system with a high torque pulse mortar. The apparatus performed in-situ x-ray diffraction experiments in a synchrotron radiation facility.
Based on the ab initio calculation, a theoretical approach, “theory of shear stress relaxation associated with phase transitions” was also constructed to verify the transition pressure under anisotropic stress. We confirmed a considerable transition pressure reduction in the several compounds, e.g., MgF2, BaF2, NaMgF3, and NaNiF3, under the anisotropic stress. The pressure reduction implies that the anisotropic stress definitely affects the rearrangements of high-coordination polyhedral framework in the high-pressure crystal structures.

Free Research Field

超高圧物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により開発された、制御性に優れた高圧下歪・差応力付与装置の開発により、高圧下での構造相転移に対する歪み・差応力の影響が明らかになった。おそらく、構造相転移は計算科学においても、取り扱いの簡便な等方的な圧力のみならず差応力の存在下で追究されるべきと考えられる。地球内部で起こる鉱物の相転移現象の解明につながるだけでなく、必然的に固体圧力を「場」に使用せざるを得ない様々な超高圧構造物性の解明のために大きな布石となったと考えられる。