巨大歪み下におけるマントル鉱物構造相転移の新描像

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02005
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 遊佐 斉 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)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 構造相転移 / 巨大歪み / マントル鉱物 / ダイヤモンドアンビルセル / 高圧下その場観察

研究実績の概要

コロナ禍により、稼働が遅れていた2種類の回転型駆動装置での放射光実験（SPring-8）を遂行することができた。一つは、上部アンビルからのガス圧メンブレン加圧時に下部アンビルを回転させる機構を有するもので、もう一つは、それに加えて、下部に差圧精密駆動用の長作動積層ピエゾアクチュエータを組み合わせたものである。各々の駆動機構について、ラジアルX線回折を可能にするために開発した横開口型のDACを取り付けた。放射光実験に先立ち、回転機構（縦型観察）を新規製作し、オフラインでの入念な予備実験をおこなっている。ガスケットはベリリウムを用い、上部アンビルの先端形状を八面体、下部を円形に加工することで、圧縮回転時に歪みの付与が可能になった。室温における相転移カイネティクスを考慮して、ケイ酸塩アナログとして。数種のフッ化物の相転移への歪みの影響を精査した。一例として、フッ化バリウム（BaF2）のfluorite型からcotunnite型相転移機構への歪みの影響を挙げる。歪みなしでは3.6GPaであるが、歪み下では2.6GPaで完了することから、歪みが変移型相転移に大きな影響を及ぼしていることが確認された。第一原理計算により構築した、「せん断応力緩和理論」により、本相転移の評価をおこなったところ、異方的圧力下では等方的圧力に比べ相転移圧が1.5GPaほど低減することが検証された。本研究で構築された、アクチュエータによるDACリモート加圧技術の更なる適用により、体積弾性率の測定精度向上に必須であるP-Vデータの稠密化に成功するとともに、300GPaを超える圧力発生も可能にした。この技術は、マイクロ秒以下の瞬間加圧も可能にすることから、様々な応用面が期待される。（特願2021-152744）。その他、順次整備してきた計算環境を有効に活用し、様々な高圧関連物質の計算において結果を出した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] High-Pressure Synthesis of Light Lanthanide Dodecaborides (PrB12 and CeB12): Effects of Valence Fluctuation on Volume and Formation Pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Yusa Hitoshi、Iga Fumitoshi、Fujihisa Hiroshi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 61 ページ: 2568～2575
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c03525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared spectra of the β and γ phases of oleic acid under high pressure (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamawaki Hiroshi、Fujihisa Hiroshi
  • 雑誌名: Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 巻: 265 ページ: 120290～120290
  • DOI: 10.1016/j.saa.2021.120290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for Dirac nodal-line fermions in a phosphorous square-net superconductor (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishizaka S.、Ino A.、Kono T.、Miyai Y.、Kumar S.、Shimada K.、Kitoh H.、Hase I.、Ishida S.、Oka K.、Fujihisa H.、Gotoh Y.、Yoshida Y.、Iyo A.、Ogino H.、Eisaki H.、Kawashima K.、Yanagi Y.、Kimura A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: L121103-1～5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L121103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two intermediate incommensurate phases in the molecular dissociation process of solid iodine under high pressure (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujihisa Hiroshi、Takemura Kenichi、Onoda Mitsuko、Gotoh Yoshito
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 3 ページ: 033174-1～10
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.033174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity of centrosymmetric and non-centrosymmetric phases in antiperovskite (Ca,Sr)Pd3P (2021)
  • 著者名/発表者名: Iyo Akira、Hase Izumi、Fujihisa Hiroshi、Gotoh Yoshito、Takeshita Nao、Ishida Shigeyuki、Ninomiya Hiroki、Yoshida Yoshiyuki、Eisaki Hiroshi、Hirose Hishiro T.、Terashima Taichi、Kawashima Kenji
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 882 ページ: 160733～160733
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160733
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis PbFCl-Type Mixed Anion APX (A=Zr, Hf, X=S, Se) Superconductors Related with Topological Materials by High-Pressure Technique (2021)
  • 著者名/発表者名: Kito Hijiri、Kawashima Kenji、Iwakiri Kousuke、Nishio Taichiro、Ishida Shigeyuki、Fujihisa Hiroshi、Gotoh Yoshito、Iyo Akira、Ogino Hiraku、Eisaki Hiroshi、Yoshida Yoshiyuki
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 1016 ページ: 708～714
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1016.708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Structure of Novel Superconductor (Ca1-xSr x)Pd3P (2021)
  • 著者名/発表者名: Hase I、Yanagisawa T、Iyo A、Fujihisa H、Gotoh Y、Eisaki H、Kawashima K
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1975 ページ: 012004～012004
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1975/1/012004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiperovskite Superconductor LaPd3P with Noncentrosymmetric Cubic Structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Iyo Akira、Hase Izumi、Fujihisa Hiroshi、Gotoh Yoshito、Ishida Shigeyuki、Ninomiya Hiroki、Yoshida Yoshiyuki、Eisaki Hiroshi、Hirose Hishiro T.、Terashima Taichi、Kawashima Kenji
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 60 ページ: 18017～18023
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c02604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Posttreatment Effects on the Crystal Structure and Superconductivity of Ca-Free Double-Layered Cuprate Sr2SrCu2O4+yF2y (2021)
  • 著者名/発表者名: Ninomiya Hiroki、Kawashima Kenji、Fujihisa Hiroshi、Ishida Shigeyuki、Ogino Hiraku、Yoshida Yoshiyuki、Eisaki Hiroshi、Gotoh Yoshito、Iyo Akira
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 33 ページ: 9690～9697
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c03343
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elucidation of impact event recorded in the lherzolitic shergottite NWA 7397 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Masashi、Miyahara Masaaki、Suga Hiroki、Yamaguchi Akira、Tomioka Naotaka、Sakai Takeshi、Ohfuji Hiroaki、Maeda Fumiya、Ohira Itaru、Ohtani Eiji、Kamada Seiji、Ohigashi Takuji、Inagaki Yuichi、Kodama Yu、Hirao Naohisa
  • 雑誌名: Meteoritics & Planetary Science 巻: 56 ページ: 1729～1743
  • DOI: 10.1111/maps.13735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-spin ferric iron in primordial bridgmanite crystallized from a deep magma ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Okuda Yoshiyuki、Ohta Kenji、Nishihara Yu、Hirao Naohisa、Wakamatsu Tatsuya、Suehiro Sho、Kawaguchi Saori I.、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 19471-1～7
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98991-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Incorporation mechanism of Fe and Al into bridgmanite in a subducting mid-ocean ridge basalt and its crystal chemistry (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakatsuka Akihiko、Fukui Hiroshi、Kamada Seiji、Hirao Naohisa、Ohkawa Makio、Sugiyama Kazumasa、Yoshino Takashi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 22839-1～15
  • DOI: 10.1038/s41598-021-00403-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mixed-valence state and structure changes of EuH (x=2 and 2<x≦3) under high-pressure H2 atmosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuno Keiji、Matsuoka Takahiro、Masuda Ryo、Mitsui Takaya、Seto Makoto、Machida Akihiko、Fujihisa Hiroshi、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo、Shimizu Katsuya、Sasaki Shigeo
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 865 ページ: 158637～158637
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.158637
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diamond formation from methane hydrate under the internal conditions of giant icy planets (2021)
  • 著者名/発表者名: Kadobayashi Hirokazu、Ohnishi Satoka、Ohfuji Hiroaki、Yamamoto Yoshitaka、Muraoka Michihiro、Yoshida Suguru、Hirao Naohisa、Kawaguchi-Imada Saori、Hirai Hisako
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 8165-1～9
  • DOI: 10.1038/s41598-021-87638-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-phase mixture of iron－nickel－silicon alloys in the Earth’s inner core (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikuta Daijo、Ohtani Eiji、Hirao Naohisa
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 2 ページ: 225
  • DOI: 10.1038/s43247-021-00298-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron Mossbauer spectroscopic and x-ray diffraction study of ferropericlase in the high-pressure range of the lower mantle region (2021)
  • 著者名/発表者名: Hamada Maki、Kamada Seiji、Ohtani Eiji、Sakamaki Tatsuya、Mitsui Takaya、Masuda Ryo、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo、Akasaka Masahide
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: 174108-1～9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.174108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Destabilizes Oxygen Vacancies in Bridgmanite (2021)
  • 著者名/発表者名: Fei Hongzhan、Liu Zhaodong、Huang Rong、Kamada Seiji、Hirao Naohisa、Kawaguchi Saori、McCammon Catherine、Katsura Tomoo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Solid Earth 巻: 126 ページ: 022437-1～18
  • DOI: 10.1029/2021JB022437
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure stability of bcc-vanadium and phase transition to a rhombohedral structure at 200GPa (2021)
  • 著者名/発表者名: Akahama Yuichi、Kawaguchi Saori、Hirao Naohisa、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 129 ページ: 135902～135902
  • DOI: 10.1063/5.0041208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Volume compression of period 4 elements: Zn, Ge, As, and Se above 200GPa: Ordering of atomic volume by atomic number (2021)
  • 著者名/発表者名: Akahama Y.、Kamiue K.、Okawa N.、Kawaguchi S.、Hirao N.、Ohishi Y.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 129 ページ: 025901～025901
  • DOI: 10.1063/5.0033721
  • 査読あり
• [学会発表] RB12ホウ化物の超高圧合成と陽イオンサイズの系統性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 遊佐 斉, 伊賀文俊, 山田健介, 高橋直樹
  • 学会等名: 令和3年（2021年度）日本結晶学会年会
• [学会発表] ピエゾ素子によるDAC圧力発生とP-Vデータ稠密化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 遊佐 斉, 平尾直久, 大石泰生
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] 高圧流体酸素のエキシマレーザー照射：分子解離と相分離 (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤浜裕一, 遊佐 斉
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] 高圧力下パルス放電焼結法による高品位焼結体作製の試み (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮川 仁, 小林 清, 川村 史朗, 谷口 尚, 遊佐 斉
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] 超高圧パルス放電焼結による酸化物・窒化物焼結体の作製 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮川 仁, 小林 清, 川村 史朗, 谷口 尚, 遊佐 斉
  • 学会等名: 日本金属学会2021年秋期(第169回)講演大会
• [学会発表] 4d遷移金属窒化物δ-MoNの焼結体作製と硬さ評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川嶋 哲也, 遊佐 斉
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] Synthesis of PbFCl-type Mixed anion APX (A=Zr, Hf, X=S, Se) superconductors related with topological materials by high pressure technique (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Kito, Kenji Kawashima, Kousuke Iwakiri, Taichiro Nishio, Shigeyuki Ishida, Hiroshi Fujihisa, Yoshito Gotoh, Akira Iyo, Hiraku Ogino, Hiroshi Eisaki, Yoshiyuki Yoshida
  • 学会等名: Thermec‘2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アンチペロブスカイトリン化物CaPd3Pに誘起される構造相転移と超伝導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊豫彰, 藤久裕司, 後藤義人, 長谷泉, 竹下直, 石田茂之, 二宮博樹, 吉田良行, 永崎洋, 廣瀬陽代, 寺嶋太一, 川島健司
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会
• [学会発表] 固体ヨウ素の二つの非整合相の構造解析Ⅱ (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤久裕司, 竹村謙一, 小野田みつ子, 後藤義人
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] BaH2の圧力誘起相転移とBa-H系新規化合物 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中野智志、藤久裕司、山脇浩、亀卦川卓美
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] アルカリ土類金属ストロンチウムの低温・高圧下における結晶構造と超伝導転移 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中 有希、伊藤 匠、中本 有紀、清水 克哉、坂田 雅文、藤久 裕司、河口 沙織、平尾 直久、大石 泰生
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] High-pressure phase diagram of Europium Hydride (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuoka, R. Masuda, K. Kuno, H. Fujihisa, T. Mitsui, M. Seto, A. Machida, N. Hirao, Y. Ohishi, Y. Yoda, K. Shimizu, S. Sasaki, K. Aoki
  • 学会等名: 10th Asian Conference on High Pressure Research (ACHPR-10)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-pressure/high-temperature phase diagram of BaH2 (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, H. Fujihisa, H. Yamawaki, T. Kikegawa
  • 学会等名: MRM2021 Materials Research Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Calcium-Free High-Tc Superconducting Cuprates with Double CuO2 Planes (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Ninomiya, K. Kawashima, Akira Iyo, H. Fujihisa, S. Ishida, H. Ogino, Y. Yoshida, Y. Gotoh, H. Eisaki
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic properties of Hf(P, Se)2 single crystal by high-temperature solution method using CdSe flux (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Kito, K. Kawashima, S. Ishida, H. Fujihisa, Y. Gotoh, A. Iyo, H. Ogino, H. Eisaki, Y. Yoshida
  • 学会等名: The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
  • 国際学会
• [学会発表] 鉛フリーペロブスカイト型化合物MASnI3の結晶構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤久結衣,高橋美和子,大原高志,片岡邦光,藤久裕司,野田幸男
  • 学会等名: 令和3年度日本結晶学会年会
• [学会発表] 放射光角度分解光電子分光による超伝導体中のP正方格子に由来する線ノードディラック粒子の観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石坂 仁志, 井野 明洋, 河野 嵩, 宮井 雄大, Shiv Kumar, 島田 賢也, 鬼頭 聖, 長谷 泉, 石田 茂之, 岡 邦彦, 藤久 裕司, 後藤 義人, 吉田 良行, 伊豫 彰, 荻野 拓, 永崎 洋, 川島 健司, 柳 陽介, 木村 昭夫
  • 学会等名: 第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] BaH2と高圧水素の反応による多水素化物の合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中野 智志, 藤久 裕司, 山脇 浩, 亀卦川 卓美
  • 学会等名: 第35回日本放射光学会年会
• [学会発表] 固体ヨウ素の二つのインコメンシュレート相の結晶構造解析Ⅱ (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤久裕司、後藤義人
  • 学会等名: 2021年度計量標準総合センター成果発表会
• [学会発表] 有機無機複合ペロブスカイト型化合物MASnX3(X=I, Br)における有機カチオンの秩序化過程 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋美和子, 藤久結衣, 萩原雅人, 鳥居周輝, 神山祟, 大原高志, 藤久裕司, 片岡邦光, 野田幸男
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年 第77回 年次大会
• [学会発表] フラックス法による複合アニオンAPX系超伝導体、関連物質の単結晶育成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鬼頭聖, 川島健司, 石田茂之, 藤久裕司, 後藤義人, 伊豫彰, 荻野拓, 永崎洋, 吉田良行
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年 第77回 年次大会
• [学会発表] BL10XU でのオンライン共焦点ラマン分光測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平尾直久，河口沙織，大石泰生
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] 地球中心圧力までの鉄とニッケルの状態方程式 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平尾直久，赤浜裕一，大石泰生
  • 学会等名: 第62回高圧討論会
• [学会発表] New Optical Raman Probe System for Combined Measurement with High-Pressure X-Ray Diffraction at BL10XU of SPring-8 (2021)
  • 著者名/発表者名: Naohisa Hirao, Yasuo Ohishi, Saori Kawaguchi
  • 学会等名: 0the Asian Conference on High Pressure Research/HPSP-19/WHS-3
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 加圧装置、それを用いた顕微ラマン散乱測定装置、Ｘ線回折装置、および光学顕微鏡装置 (2021)
  • 発明者名: 遊佐 斉
  • 権利者名: 物質・材料研究 機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許出願2021-152744