高圧と高電圧で新たな氷の秩序相を誘起する

• 研究課題/領域番号: 16K13904
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 岩石・鉱物・鉱床学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小松 一生 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
• 研究分担者: 町田 真一 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (30554373)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 氷 / 高圧 / 高電場 / 中性子回折 / 誘電率測定 / 高電圧 / 多形 / 高圧力

研究成果の概要

氷の多形の探査は、過去100年以上にわたって温度・圧力を変数とした観察をもとに進められてきた。本研究では、温度・圧力に加えて新たに電場を変数とすることで、これまで観測されることのなかった秩序構造を見出すことを目的として、世界で初めて高圧下・高電場下での中性子回折実験および高圧下での誘電率測定を、氷の多形の一つである、氷VII相に対して行った。その結果、中性子回折からは明瞭な秩序化の証拠は得られなかったものの、誘電率測定からはわずかに秩序化の兆候をとらえることができた。本研究で開発した中性子回折・誘電率測定技術は他の試料にも容易に応用可能である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の最大の成果は世界で初めて高圧下かつ高電場下における中性子回折実験に成功したことである。この成果は、温度-圧力-電場の多重極限環境における新しい物質科学を切り開く可能性を示すものである。また本研究の技術開発によって、10GPaを超える誘電率測定が可能になったことは望外の結果である。これまで不可能であった圧力領域における物性探査が容易になったという意味で学術的意義が大きい。

研究成果

• [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)
• [雑誌論文] Exploring for ferro-electically ordered form of ice VII by neutron diffraction under high pressure and high electric field (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Yamane, K. Komatsu, H.E. Maynard-Casely, S. Lee, N. Booth and H. Kagi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Behavior of intermolecular interactions in α-glycine under high pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki, Ayako Komatsu, Kazuki Kagi, Hiroyuki Fujimoto, Chikako Machida, Shinichi Sano-Furukawa, Asami Hattori, Takanori
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 148 号: 4 ページ: 044507-044507
  • DOI: 10.1063/1.5009980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural incorporation of MgCl2 into ice VII at room temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe K. Komatsu, F. Noritake, and H. Kagi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中 号: 5S3 ページ: 05FB03-05FB03
  • DOI: 10.7567/jjap.56.05fb03
  • NAID: 210000147806
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bulk moduli and equations of state of ice VII and ice VIII (2017)
  • 著者名/発表者名: Klotz, S., Komatsu, K., Kagi, H., Kunc, K., Sano-Furukawa, A., Machida, S. and Hattori, T
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 17 ページ: 174111-174111
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.174111
  • NAID: 120006502074
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three impossible things before lunch - the task of a sample environment specialist (2017)
  • 著者名/発表者名: Booth, N Davidson, G Imperia, P Lee, S Stuart, B Thomas, P Komatsu, K Yamane, R Prescott, SW Maynard-Casely, HE
  • 雑誌名: Journal of Neutron Research 巻: 19 号: 1-2 ページ: 49-56
  • DOI: 10.3233/jnr-170041
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Note: Development of a new Bridgman-type high pressure cell for accurate dielectric measurements (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamane, R. Komatsu, K. Kagi, H.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 88 号: 4 ページ: 046104-046104
  • DOI: 10.1063/1.4980154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural incorporation of MgCl2 into ice VII at room temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, W., Komatsu, K., Noritake, F. and Kagi, H.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 印刷中
  • NAID: 130007785127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Note: Development of a new Bridgman-type high pressure cell for accurate dielectric measurements (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamane, R., Komatsu, K., Kagi, H.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Partially ordered state of ice XV (2016)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, K., Noritake, F., Machida, S., Sano-Furukawa, A., Hattori, T., Yamane, R. and Kagi, H.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 28920-28920
  • DOI: 10.1038/srep28920
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ice VII from aqueous salt solutions: From a glass to a crystal with broken H-bonds (2016)
  • 著者名/発表者名: Klotz, S., Komatsu, K., Pietrucci, F., Kagi, H., Ludl, A.A., Machida, S., Hattori, T., Sano-Furukawa, A. and Bove, L.E.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 32040-32040
  • DOI: 10.1038/srep32040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 中性子散乱実験のための温度圧力可変システム<br/>―Mito system―の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小松一生
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 26 号: 2 ページ: 119-127
  • DOI: 10.4131/jshpreview.26.119
  • NAID: 130005158540
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • 査読あり
• [雑誌論文] バルク金属ガラスのピストンシリンダーへの応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小松一生
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 26 号: 1 ページ: 35-40
  • DOI: 10.4131/jshpreview.26.35
  • NAID: 130005141411
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • 査読あり
• [学会発表] 誘電率測定による氷Vi-XV相転移の高圧その場測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山根崚、小松一生、鍵裕之
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2018年会
• [学会発表] １２GPaまでの氷VII相の高圧下誘電率測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山根崚、小松一生、鍵裕之
  • 学会等名: 第５９回高圧討論会
• [学会発表] Development of nano-polycrystalline diamond anvil cells for neutron diffraction experiments under high-pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, K., Klotz, S., Nakano, S., Machida, S., Hattori, T., Sano-Furukawa, A., and Irifune T.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 連合退会2017年大会
• [学会発表] ヒメダイヤを用いた中性子回折用高圧セルの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小松一生, Klotz S., 中野智志, 町田真一, 服部高典, 佐野亜沙美, 入舩徹男
  • 学会等名: 日本鉱物科学会2017年年回
• [学会発表] 対向アンビルセルに関する種々の技術開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小松 一生・篠崎 彩子・藤本 千賀子・山根 崚・鍵 裕之
  • 学会等名: 第５７回高圧討論会
  • 発表場所: 筑波大学大学会館（茨城県つくば市）