| 研究課題/領域番号 |
20K14584
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分17040:固体地球科学関連
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
若林 大佑 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (20759964)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | キセノン / マグマ / シリカメルト / 分子動力学シミュレーション / 高密度化 / 相転移カイネティクス / 分子動力学計算 / 機械学習ポテンシャル / シリカガラス / 永久高密度化 / 能動学習 / ネットワーク構造 / X線顕微鏡 / サブミクロンビーム / XAFS / 湾曲結晶 / ズーミングX線顕微鏡 / フレネルゾーンプレート / 蛍光XAFS / X線小角散乱 / STXM / X線吸収微細構造分光 / 高圧 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
マグマ中に微量に含まれるXeの局所構造（価数・配位構造）とホストであるケイ酸塩メルトの構造の両方の情報を得るために、大型プレスと放射光X線を組み合わせた高圧下その場蛍光X線吸収微細構造－X線回折複合測定システムを立ち上げる。主要な組成のケイ酸塩メルトおよびガラス中のXeについて適用し、多粒子系の分子動力学シミュレーションからの情報（液相の微視的な構造やXeの安定サイト）と併せることで、Xeの化学状態の圧力依存性を物質科学的に整理する。これらの知見に基づいて、初期地球においてXeが地球深部に固定される化学プロセスを考察し、"missing Xe"の謎の解明を目指す。
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| 研究成果の概要 |
高圧下におけるシリカメルト中のXeの振る舞いについて、新たな知見を得た。Xeは、低圧領域ではSiO4四面体が構成するネットワークの空隙間を移動しているが、6 GPa以上の圧力条件では特定の空隙中に閉じ込められる。Xeと他の原子との間に強い結合はなく、移動度の変化はネットワーク構造の変化（高密度化）による空隙サイズの低下が原因と考えられる。その他、シリカメルトを含む非晶質物質の相転移カイネティクスモデルを提案し、相転移過程の不均質を観察するためのX線顕微鏡および大規模シミュレーション法を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高圧下におけるシリカメルト中のXeの振る舞いに関する研究成果は、ケイ酸塩メルト（マグマ）のネットワーク構造の変化によってXeが構造中に固定される可能性を示している。地球化学分野において長年の謎とされてきた”missing Xe”問題に示唆を与えるものである。また、本課題の過程で得られた大規模計算手法やX線顕微鏡、非晶質物質の相転移カイネティクスモデルの応用範囲は広く、今後、様々な研究に発展していくことが期待される。
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