2023 Fiscal Year Annual Research Report
Physical property and structure of liquid Fe at high pressure for investigating the Earth's core composition
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22H01334
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
中島 陽一 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (50700209)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂巻 竜也 東北大学, 理学研究科, 助教 (30630769)
PUSZTAI LASZLO 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, 卓越教授 (40810859)
松田 和博 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (50362447)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 地球コア / コア軽元素 / 液体鉄合金 / 構造 / 縦波速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体FeおよびFe-S合金の高圧高温下X線回折測定を行った。パリスエジンバラプレスを用い6GPaまでの圧力において液体Fe合金のX線回折データを取得し、2体分関数を決定することにより、構造とその圧力依存性、及び液体Feの構造に対する硫黄の影響について系統的に調べた。その結果、液体Feに硫黄を加えることにより、その局所構造秩序性が著しく変化することが明らかになった。さらに、この構造秩序性が圧縮率や音速、及び電気伝導率といった液体のバルク物性と強い相関を持つことが判明した。特に、液体Feと著しく異なる液体Fe-Sのバルク物性の圧力依存性が、圧力増加に伴う液体Fe-Sの急激な構造変化に起因する事が明らかになった。
Fe-H合金及び液体Fe-S合金の高圧高温下非弾性X線散乱測定を行った。非弾性X線散乱データよりこれら合金中の縦波音響フォノン分散を取得し、縦波速度の圧力依存性を決定した。特筆する結果として、fcc-FeHの縦波速度を80 GPaまで求めその圧力依存性を評価したところ、300Kにおいて50‐60GPaの圧力領域で、音速の異常増大を観察した。先行研究で報告されている理論計算結果と比較した結果、この音速の増大が非磁性への磁気転移に起因することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
比較的低圧ではあるが、高圧高温下での液体Fe合金中の良質なX線回折データを取得し、圧力に対する構造変化を系統的に調べた結果、液体Fe合金中の構造が軽元素により大きく変化し、化学結合だけでなく、その局所構造やその秩序性が弾性特性や輸送特性と強く相関するという知見を得た。このことは、地球液体コアだけでなく、他の地球型惑星コアの化学組成及び物性を理解する上で、大変重要なポイントとなる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、これまで得られている固体fcc-FeHxの結果とその際に培った技術に基づき、液体Fe-Hの非弾性X線散乱測定を同様の圧力範囲で実施する。また、パリスエジンバラプレスを用いた液体Fe合金の構造測定について、他の軽元素を含むFe合金の構造とその圧力依存性について調べるとともに、ダイヤモンドアンビルセルを用いた液体Fe合金の構造測定をこれまでに実施した50GPaよりも高い圧力で行い、構造と音速及び密度の相関及びその圧力依存性を明らかにする。
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