2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elasticity associated with the iron spin transition by means of GHz ultrasonics
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21H01179
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
米田 明 大阪大学, 理学研究科, 招へい研究員 (10262841)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 忠 大阪大学, 理学研究科, 教授 (20252223)
寺崎 英紀 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (50374898)
山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | GHz音速法 / 下部マントル / コア / スピン転移 / 鉄 / 含鉄物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究経費を得て、以下に示す投資を行うことができた。
①本年度に岡山大学からGHz測定装置を大阪大学に移設し、大阪大学で大学院生と共同して研究を進める体制を整えた。②金属製の中型キャビネットを購入しGHz音速測定部を内部に置くことで外来ノイズの遮蔽を行った。この結果、従前に見られたスパイク状のノイズがほとんど観測されなくなった。③低ノイズのプレアンプを導入し、さらに、④高速電子スイッチをファンクション発振器で制御するシステムを構築し、シグナルのSN比の向上を実現した。
この他にも、⑤ZnO圧電素子に対するインジウム電極の形状の改善と圧着状態の解明、⑥バッファロッド用基板結晶と白金電極の間に接着性改善のためのクロムのプレスパッタリング導入、など研究を安定的に進展させるための技術開発を行った。
このような技術開発をもとにMgOの測定を行った。MgOは先行研究が多く、GHz測定の信頼性確認に最適の物質である。同一セルで初めてP波とS波の測定に成功した。圧力はSPring-8でのX線格子定数の測定から0.6GPaと決定された。試料の厚さは、回収後のガスケットの厚さから見積もった。最終的に得られたP波速度とS波速度比は1.63と先行研究と調和的結果が得られた。
これらの成果を踏まえて、フェロペリクレースを合成しスピン転移での音速測定実施の機運が熟したといえる。そのために向けて大阪大学大学院生と協力し本研究課題達成のために邁進する。一方、前年度から継続中の鉄の音速測定も上記技術開発の結果を経て進展中である。これらの結果を含めてこれまで独自開発を行ってきたGHzーDAC音速法の技術論文を早期投稿する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大阪大学での作業は概ね順調に進展したが、岡山大学で予定していた、GHz圧電素子のスパッタリングや試料合成で遅れが発生した。コロナ禍の影響で2021年度中は長期に渡って共同利用の受け入れが停止されたためである。
2021年12月に惑星研でスパッタリングを行うため訪問したところ、チラー装置が故障していた。長期間使用しないとポンプに不具合が起こるとのことであった。幸い、惑星研で迅速に修理していただき、翌1月に再来訪しスパッタリングを実施できた。
もう一つの問題はスピン転移を観察するためのフェロペリクレースの合成である。2021年度中に惑星研での合成を予定していたが、長期間に渡って共同利用受け入れが停止されたため実現できなかった。共同利用再開後に直ちに実施できるよう準備を整えているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
フェロペリクレースの合成を行い、GHzーDAC音速法で音速測定を実施する。この過程で、スピン転移が起こる圧力発生実現が課題になる。先端寸法の異なるダイヤモンドアンビルを複数準備しており、目的達成のために試行錯誤することになる。フェロペリクレース中の鉄スピンのスピン転移圧は鉄の含量に依存する。鉄の含量が低いほど転移圧が低くなるが、一方で、スピン転移に伴う音速変化量も小さくなると予想される。どのような鉄含量で実験を行うかであるが、とりあえずは、先行研究での鉄含量に合わせた実験を行い、比較検討を行うつもりである。
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[Journal Article] Direct Viscosity Measurement of Peridotite Melt to Lower-Mantle Conditions: A Further Support for a Fractional Magma-Ocean Solidification at the Top of the Lower Mantle2021
Author(s)
Xie, L., Yoneda, A., Katsura, T., Andrault, D., Tange, Y., Higo, Y.
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Journal Title
Geophys. Res. Lett
Volume: 48
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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