Fe 系物質の超高圧下での挙動と最下部マントル～内核の物質科学

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20001005
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系; 数物系科学
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 入舩 徹男 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (80193704)
• 研究分担者: 土屋 卓久 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (70403863) ; 大藤 弘明 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (80403864) ; 丹下 慶範 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (70543164) ; 桑山 靖弘 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (00554015) ; 肥後 祐司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (10423435) ; 臼井 佑介 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 研究機関研究員 (70435824) ; 西山 宣正 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 准教授 (10452682) ; 石河 孝洋 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (40423082)
• 連携研究者: 臼井 佑介 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 研究機関研究員 (70435824) ; MATTHEW L Whitaker 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (10570567) ; 西原 遊 愛媛大学, 上級研究員センター, 上級研究員 (10397036) ; 國本 國本 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (20543169)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• キーワード: ヒメダイヤ / 超高圧実験 / 地球・惑星内部 / 第一原理計算 / マントル・核 / 鉄 / 固体地球物理学

研究概要

マルチアンビル装置やダイヤモンドアンビル装置による超高圧実験と第一原理計算を併用し、下部マントル深部領域から内核に至る高温高圧条件のもと、特にFe 系物質の挙動を一つの焦点とした物質科学的研究をおこなった。下部マントル領域における Fe の電子スピン状態変化が、鉱物間元素分配や密度等に及ぼす影響や、内核条件下における Fe の安定相についての重要な知見を得た。また、ナノ多結晶ダイヤモンド(ヒメダイヤ)を利用し超高圧実験技術の開発と応用においても、大きな成果が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] A novel technique for the synthesis of nanodiamond powder (2013)
  • 著者名/発表者名: Fang, L., Ohfuji, H., and Irifune, T.
  • 雑誌名: J. Nanomater. 巻: 2013 ページ: 201845
  • URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/201845
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transition and substitution of Fe^ in Al-bearing post-Mg-perovskite (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujino, K., Nishio-Hamane, D., Kuwayama, Y., Sata, N., Murakami, S., Whittaker, M., Shinozaki, A., Ohfuji, H., Kojima, Y., Irifune, T., Hiraoka, N., Ishii, T. and Tsuei, K.-D
  • 雑誌名: Phys. Earth. Planet Inter. 巻: 217 ページ: 31-35
  • DOI: DOI:10.1016/j.pepi.2013.01.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano-layered diamong sintered compact obtained by direct conversion from highly oriented graphite under high pressure and high temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: Isobe, F., Ohfuji, H., Sumiya, H. and Irifune, T.
  • 雑誌名: J. Nanomater 巻: 2013 ページ: 380165
  • URL: http://dx.doi.org/10.1155/2013/380165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Slow Si-Al interdiffusion in garnet and stagnation of subducting slabs (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishi, M., Kubo, T., Ohfuji, H., Kato, T., Nishihara, Y., and Irifune, T.
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 巻: 361 ページ: 44-49
  • DOI: DOI:10.1016/j.epsl.2012.11.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shear response of Fe-bearing MgSiO3 post-perovskite at lower mantle pressures (2013)
  • 著者名/発表者名: Metsue, A., and Tsuchiya, T.
  • 雑誌名: Proc. Jpn. Acad. 巻: B, 89(1) ページ: 51-58
  • DOI: DOI:10.2183/pjab.89.51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab inition investigation on the high-temperature thermodynamic properties of Fe3+-bearing MgSiO3 perovskite (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, T., and Wang, X.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118(1) ページ: 83-91
  • DOI: DOI:10.1029/2012JB009696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracrystalline nucleation during the post-garnet transformation under large overpressure conditions in deep subducting slabs (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishi, M., Irifune, T., Ohfuji, H., and Tange, Y.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 39 ページ: L23302
  • DOI: DOI:10.1029/2012GL053915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sound velocities of MORB and absence of a basaltic layer in the mantle transition region (2012)
  • 著者名/発表者名: Kono, Y., Irifune, T., Ohfuji, H., Higo, Y., and Funakoshi, K.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 39(24) ページ: L24306
  • DOI: DOI:10.1029/2012GL054009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glitch-free X-ray absorption spectrum under high pressure obtained using nano polycrystalline diamond anvils (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishimatsu, N., Matsumoto, K., Maruyama, H., Naomi, K., Mizumaki, M., Sumiya, H., and Irifune, T.
  • 雑誌名: J. Synch. Rad 巻: 19(5) ページ: 768-772
  • DOI: DOI:10.1107/S0909049512026088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of graphite crystallinity on the microtexture of nano-polycrystalline diamond obtained by direct conversion (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohfuji, H., Okimoto, S., Kunimoto, T., Iosbe, F., Sumiya, H., Komatsu, K., and Irifune, T.
  • 雑誌名: Phys. Chem. Miner. 巻: 39(7) ページ: 543-552
  • DOI: DOI:10.1007/s00269-012-0510-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elasticity and sound velocities of polycrystalline Mg3Al2(SiO4)3 garnet up to 20 Gpa and 1700 K (2012)
  • 著者名/発表者名: Zou, Y., Irifune, T., Greaux, S., Whitaker, M.L., Shinmei, T., Ohfuji, H., Negishi, R., and Higo, Y.
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112(1) ページ: 014910
  • DOI: DOI:10.1063/1.4736407
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T equation of state of stishovite up to mid-lower mantle conditions (2012)
  • 著者名/発表者名: Wang, F., Tange, Y., Irifune, T., and Funakoshi, K.
  • 雑誌名: J. Geophy, Res. 巻: 117 ページ: B06209
  • DOI: DOI:10.1029/2011JB009100
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T equation of state of MgSiO3 perovskite based on the MgO pressure scale: A comprehensive reference for mineralogy of the lower mantle (2012)
  • 著者名/発表者名: Tange, Y., Kuwayama, Y., Irifune, T., Funakoshi, K., and Ohishi, Y.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 117 ページ: B06201
  • DOI: DOI:10.1029/2011JB008988
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic properties of (Mg, Fe2+)SiO3 perovskite at the lower mantle pressures and temperatures: An internally consistent LSDA^ study (2012)
  • 著者名/発表者名: Metsue, A., and Tsuchiya, T.
  • 雑誌名: Geophy. J. Inter. 巻: 190(1) ページ: 310-322
  • DOI: DOI:10.1111/j.1365-246X.2012.05511.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthetic diamond opens windows into the deep Earth (2012)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T., and Hemley, R.J.
  • 雑誌名: EOS Trans. AGU 巻: 93(7) ページ: 65
  • DOI: DOI:10.1029/2012EO070001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin transition of ferric iron in Al-bearing Mg-perovskite up to 200 GPa and its implication for the lower mantle (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujino, K., Nishio-Hamane, D., Seto, Y., Sata, N., Nagai, T., Shinmei, T., Irifune, T., Ishii, H., Hiraoka, N., Cai, Y.Q., and Tsuei, K.D.
  • 雑誌名: Earth Planet. Sci. Lett. 巻: 317-318 ページ: 407-412
  • DOI: DOI:10.1016/j.epsl.2011.12.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] The stability of magnesite in the transition zone and the lower mantle as function of oxygen fugacity (2011)
  • 著者名/発表者名: Stagno, V., Tange, Y., Miyajima, N., McCammon, C., Irifune, T., and Frost, D.J.
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 38 ページ: L19309
  • DOI: DOI:10.1029/2011GL049560
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elasciticy of subductedbasaltic crust at the lower mantle pressures: Insights on the nature of deep mantle heterogeneity (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, T.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 188(3-4) ページ: 142-149
  • DOI: DOI:10.1016/j.pepi.2011.06.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical and experimental evidence for a new post-cotunnite phase of titanium dioxide with significant optical absorption (2011)
  • 著者名/発表者名: Dekura, H., Tsuchiya, T., Kuwayama, Y., and Tsuchiya, J.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 107 ページ: 045701
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.107.045701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stacking disorder phase of iron in the Earth's inner core from first principles (2011)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, T., Tsuchiya, T., and Tsuchiya, J.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83 ページ: 212101
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.83.212101
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure generation using nano-polycrystalline diamonds as anvil materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto, Y., Sakata, M., Sumiya, H., Shimizu, K., Irifune, T., Matsuoka, T., and Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 82(6) ページ: 066104
  • DOI: DOI:10.1063/1.3600794
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced structural evolution of pyrite-type SiO2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama, Y., Hirose, K., Sata, N., and Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Phys. Chem. Miner. 巻: 38(8) ページ: 591-597
  • DOI: DOI: 10.1007/s00269-011-0431-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase transformations of Ca3Al2Si3O12 grossular garnet to the depths of the Earth's mantle transition zone (2011)
  • 著者名/発表者名: Greaux, S., Nishiyama, N., Kono, Y., Gautron, L., Ohfuji, H., Kunimoto, T., Menguy, N. and Irifune, T.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 185(3-4) ページ: 89-99
  • DOI: DOI:10.1016/j.pepi.2011.02.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] First principles prediction of post-pyrite phase transitions in germanium dioxide (2011)
  • 著者名/発表者名: 25Dekura, H., Tsuchiya, T., and Tsuchiya, J.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83 ページ: 134114
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.83.134114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of a hexagonal SiO2 phase affecting stabilities of MgSiO3 and CaSiO3 at multimegabar pressures (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, T., and Tsuchiya, J.
  • 雑誌名: Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 108(4) ページ: 1252-1255
  • DOI: DOI:10.1073/pnas.1013594108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Survival of majoritic garnet in diamond by direct kimberlite ascent from deep mantle (2010)
  • 著者名/発表者名: Nishi, M., Kubo, T., Kato, T., Tominaga, A., Shimojyuku, A., Doi, N., Funakoshi, K., and Higo, Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 37 ページ: L09305
  • DOI: DOI:10.1029/2010GL042706
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-V-T relation of MgO derived by simultaneous elastic wave velocity and in situ X-ray measurements: A new pressure scale for the mantle transition region (2010)
  • 著者名/発表者名: Kono, Y., Irifune, T., Higo, Y., Inoue, T. Barnhoorn, A., and Suetsugu, D.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 183(1-2) ページ: 196-211
  • DOI: DOI:10.1016/j.pepi.2010.03.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of nano-polycrystalline diamond to laser-heated diamond anvil cell experiments (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohfuji, H., Okada, T., Yagi, T., Sumiya, H., and Irifune, T.
  • 雑誌名: High Press. Res. 巻: 30(1) ページ: 142-150
  • DOI: DOI:10.1080/08957951003600764
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron partitioning and density changes of pyrolite in Earth's lower mantle (2010)
  • 著者名/発表者名: 30Irifune, T., Shinmei, T., McCammon, C. A., Miyajima, N., Rubie, D. C., and Frost, D.J.
  • 雑誌名: Science 巻: 327(5962) ページ: 193-195
  • DOI: DOI:10.1126/science.1181443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature profile in the lowermost mantle from seismological and mineral physics joint modeling (2009)
  • 著者名/発表者名: Kawai, K., and Tsuchiya, T.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 巻: 106(52) ページ: 22119-22123
  • DOI: DOI:10.1073/pnas.0905920106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase relations of iron-silicon alloys at high pressure and high temperature (2009)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama, Y., Sawai, T., Hirose, K., Sata, N., and Ohishi, Y.
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 36(9) ページ: 511-518
  • DOI: DOI:10.1007/s00269-009-0296-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Si on the elastic property of Fe at Earth's inner core pressures: First principles study (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya, T., and Fujibuchi, M.
  • 雑誌名: Phys. Earth Planet. Inter. 巻: 174(1-4) ページ: 212-219
  • DOI: DOI:10.1016/j.pepi.2009.01.007.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser processing of nano-polycrystalline diamonds: a comparative study with single crystal diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: 34Odake, S., Ohfuji, H., Okuchi, T., Kagi, H., Sumiya, H., and Irifune, T.
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 18(5-8) ページ: 877-880
  • DOI: DOI:10.1016/j.diamond.2008.10.066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unified analyses for P-V-T equation of state of MgO: A solution for pressure-scale problems in High P-T experiments (2009)
  • 著者名/発表者名: 35Tange, Y., Nishihara, Y., and Tsuchiya, T.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 114 ページ: B03208
  • DOI: DOI:10.1029/2008JB005813
  • 査読あり
• [学会発表] Making gem-quality polycrystalline high-pressure minerals (poly-gems) for sound velocity measurements (2012)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T., Arimoto, T., Ohfuji, H., Shinmei, T.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2012-10-06
• [学会発表] Making sintered nano- to micro-polycrystalline high-pressure minerals using multianvil apparatus (2012)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T., Shinmei, T., Isobe, F., Arimoto, T., Nishiyama, N., Ohfuji, H., Greaux, S., Zou, Y., Kimura, M.
  • 学会等名: 50th EHPRG Meeting
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece.
  • 年月日: 2012-09-17
• [学会発表] Recent activities of Ehime group at BLO4B1, SPring-8 (2012)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T.
  • 学会等名: 2nd workshop for Extreme Conditions Research in a Large Volume Press at PETRA III, DESY
  • 発表場所: Hamburg, Germany
  • 年月日: 2012-09-10
• [学会発表] Multianvil technology for synthesis of consolidated nano-micro polycrystalline high-pressure minerals (2012)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T.
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, University of New England
  • 発表場所: Maine, USA.
  • 年月日: 2012-06-28
• [学会発表] Nano-polycrystalline diamond (NPD): A new window into the deep Earth (2011)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T.
  • 学会等名: AIRAPT 23(International Conference on High Pressure Science and Technology)
  • 発表場所: Mumbai, India.
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Iron partitioning between silicate perovskite and ferropeliclase in pyrolite to 50 GPa using kawai-type multianvil apparatus (2011)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T., Tange, Y., Shinmei, T., Kimura, Y.
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society 2011
  • 発表場所: Taipei, Taiwan.
  • 年月日: 2011-08-08
• [学会発表] Fate of stagnant slabs: Constraints from density and sound velocities of pyrolite and subducted slab materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T., Kono, Y., Higo, Y., Nishiyama, N.
  • 学会等名: JpGU 2011
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Nano-pollycristalline diamond: a potential third-generation ultrahard material for LVP experiments (2010)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T.
  • 学会等名: Workshop for Extreme Conditions Research in a Large Volume Press at PETRA III
  • 発表場所: Luneburg, Germany
  • 年月日: 20101014-15
• [学会発表] SOSEKI laboratory and new developments in multianvil technology (2010)
  • 著者名/発表者名: Irifune, T.
  • 学会等名: The 2010 TANDEM Symposium on deep earth mineralogy
  • 発表場所: Wuhan, China.
  • 年月日: 2010-11-05
• [学会発表] 地球深部の構造・物質・ダイナミクス (2010)
  • 著者名/発表者名: 入舩 徹男
  • 学会等名: 第45回地盤工学研究発表会特別講演会
  • 発表場所: 松山, 愛媛
  • 年月日: 2010-08-19
• [学会発表] 超高硬度ナノ多結晶ダイヤモンドの合成と応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 入舩徹男
  • 学会等名: 日本化学会西日本大会 2009
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2009-11-08
• [学会発表] 高硬度ナノ多結晶ダイヤモンドの合成とその超高圧化学研究への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 入舩徹男
  • 学会等名: 第43回日本芳香族工業会大会 (松山大会)
  • 発表場所: 松山市総合コミュニティセンター,愛媛県
  • 年月日: 2009-10-15
• [学会発表] 高圧直接変換ナノ多結晶ダイヤモンドの微細構造・物性・応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 入舩徹男 ,新名亨, 磯部太志, 大藤弘明, 西山宣正, 國本健広, 河野義生, 仲本麻里子, 栗尾文子, 実平武, 木村正樹, 小竹翔子, 鍵裕之, 角谷均
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第22回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] Development of multianvil technology and its application to deep Earth mineralogy and novel materials synthesis (2009)
  • 著者名/発表者名: 入舩徹男
  • 学会等名: 2009 年度高圧力学会賞受賞講演
  • 発表場所: AIRAPT-22 & HPCJ-50,Odaiba, Tokyo, Japan.
  • 年月日: 2009-07-27
• [備考]
  • URL: http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/