2016 Fiscal Year Annual Research Report
Project Area | Interaction and Coevolution of the Core and Mantle: Toward Integrated Deep Earth Science |
Project/Area Number |
15H05829
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Research Institution | Ehime University |
Principal Investigator |
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)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山崎 大輔 岡山大学, 惑星物質研究所, 准教授 (90346693)
小松 一生 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
境 毅 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 講師 (90451616)
西 真之 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 助教 (10584120)
石松 直樹 広島大学, 理学研究科, 助教 (70343291)
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Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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Keywords | 実験技術開発 / 焼結ダイヤモンド / ヒメダイヤ / 中性子 / 放射光X線吸収実験 |
Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の点について技術開発をすすめるとともに、それを用いた地球深部の物質科学的研究を行った。 1)グラッシーカーボンを出発物質として用いたNPD合成を様々な温度条件下で行い、数nm~数10nmの領域で粒径を制御したNPDの合成技術を確立した。2)NPDアンビルを用いた2段加圧ダイヤモンドアンビル装置(dsNPD-DAC)により、最大420GPaの超高圧発生を達成した。一方でNPDを用いたDACに対する外熱加熱システムを開発し、1000K程度の高温発生を可能にした。3)NPD-DACを用いた高温高圧下での放射光X線吸収実験技術の開発をすすめ、既にいくつかの成果が上がっている。4)大型NPD-DACを用いた中性子実験用高圧装置の開発により、本年度の目標を大幅に上回る40GPa領域の圧力発生を達成した。5)NPDアンビルを用いたマルチアンビル装置(NPD-MA)により90GPa領域の圧力発生に成功した。6)SDアンビルを用いたマルチアンビル装置(SD-MA)による、65GPa領域の圧力下での2300K領域での安定な高温発生技術を確立した。また比較的低温ではあるが120GPa領域の圧力発生に成功し、高温発生・高圧発生ともに従来の限界を突破した。7)WCアンビルを用いたマルチアンビル装置(WD-MA)による40-50GPa領域での高温発生試験を行ったが、高温下での大幅な圧力低下が認められた。 以上の成果に加えて、当初の予定になかったが、NPDを用いた回転DACの開発、B-ドープダイヤモンドをコーティングしたNPD-DACによる高圧下電気伝導度測定装置の開発、NPDの炭素同位体標準物質としての活用など、とりわけNPDの活用において新たな成果があがっている。また、上記の技術開発に基づき、下部マントル領域での多様な組成のブリッジマナイトの相関係、沈み込む地殻関連物質としてホーランダイトやFeOOHの相関係、またMgOなどの下部マントル鉱物やコンドライトの融解と軽元素の元素分配などに関連した重要な成果があがっている。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
NPDを利用した2段式DACにおいて420GPa(圧力スケールにより最大620GPa)という世界トップレベルの超高圧発生に成功するとともに、NPD-MAにおいても従来の50GPaを大幅に引き上げ90GPaの発生に成功した。また大型NPD-DACにおいても当初の目標である20GPaを大幅に上回る40GPaの発生に成功し、中性子回折実験への応用も試みられている。更にSD-MAにおいても120GPaを超える圧力発生に成功し、約2年ぶりに世界記録の更新がなされ、その他の技術においても、本年度の目標をほぼ達成している。 一方で、当初の計画にはなかったが、NPDの特徴を生かした新たな装置として、他の計画研究のメンバーとの共同により回転DAC装置の開発が行われ、核-マントル境界に対応する130GPa領域でのせん断変形実験が可能になった。また、NPDを他の計画研究に提供することにより炭素同位体測定のための標準物質としての有用性が確認されるなど、NPDは他の計画研究との連携強化においても重要な役割を果たしている。 更にNPDは領域外の研究者との共同研究も促進しており、従来からのヨーロッパ放射光施設(ESRF)を中心とするグループ等による高圧下X線吸収実験に加え、新たに物材研究機構との共同研究によるB-ドープダイヤモンド技術とNPDを組み合わせた装置開発により、超高圧下での超伝導測定のルーチン化を可能にした。またアルゴンヌ研の先進放射光施設(APS)においては、NPDを利用した超硬物質の圧縮強度測定技術の開発がすすめられ、興味深い結果が得られている。このように本計画研究の取り組みは、領域外の共同研究における新たな技術開発にも大きな影響を与えている。
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Strategy for Future Research Activity |
本年度は昨年度の成果を更に発展させ、主に以下の点についての技術開発をすすめるとともに、下部マントル~核領域の高圧物性及び地球化学的研究をすすめる予定である。 グラッシーカーボンから合成した様々な粒径を持つNPDに対し、その弾性や圧縮強度などの機械的特性を明らかにし、多様な超高圧装置に最適な「オーダーメイドNPD」の確立を目指す。 このようにして合成したNPDアンビルを用いたダイヤモンドアンビル装置(NPD-DAC)による500GPaを超える領域の超高圧発生を目指すとともに、より高温で安定した外熱及び内熱加熱システムの開発を行う。また回転NPD-DAC及びNPD-D-DIA装置を用い、高温高圧下でのせん断及び圧縮強度測定に関する実験装置及び手法の開発を進める。一方で、昨年度達成された大型NPD-DACを用いた中性子実験用高圧装置により、40GPa領域での高圧中性子回折実験を行うとともに、更に高圧発生を目指した技術開発を行う。NPDアンビルを用いたマルチアンビル装置(NPD-MA)に関しては、100GPaを超える領域の圧力発生試験を行うとともに、6-8-2加圧のNPD-MAによる圧力発生試験を平行してすすめる。 一方で、昨年度に引き続きSDアンビルを用いたマルチアンビル装置(SD-MA)による、70GPa領域の圧力下における2300-2500K領域の高温発生、及び最下部マントル領域である130GPaの圧力発生試験を行う。また、WCアンビルを用いたマルチアンビル装置(WD-MA)に関しては、40-50GPa領域での高温発生試験を目指した高圧セルの開発を行うとともに、WCアンビルを用いた25-30GPa領域での3000K程度の高温安定発生技術の開発を行う。 以上のような技術開発を基盤とし、核-マントル相互作用と共進化に関する本計画研究独自の、また他の計画研究と連携した研究課題の推進、とりわけ下部マントル条件下での相関係及び融解関係や元素分配等の精密決定を行う
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Research Products
(75 results)
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[Journal Article] Bridgmanite-like crystal structure in the novel Ti-rich phase synthesized at transition zone condition2017
Author(s)
Bindi, L., Sirotkina, E., Bobrov, A., Walter, M., Pushcharovsky, D. Y. and Irifune, T.
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Journal Title
Am. Mineral.
Volume: 102
Pages: 227-231
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Silicon and oxygen self-diffusion in stishovite: Implications for stability of SiO2-rich seismic reflectors in the mid-mantle2017
Author(s)
Xu, F., Yamazaki, D., Sakamoto, N., Sun, W., Fei, H. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Earth Planet. Sci. Lett.
Volume: 459
Pages: 332-339
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Grain growth of ε-iron: Implications to grain size and its evolution in the Earth's inner core2017
Author(s)
Yamazaki, D., Tsujino, N., Yoenda, A., Ito, E., Yoshino, T., Tange, Y. and Higo, Y.
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Journal Title
Earth Planet. Sci. Lett.
Volume: 459
Pages: 238-243
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Phase relations in the system MgSiO3-Al2O3 to 52 GPa and 2000K2016
Author(s)
Liu, Z., Irifune, T., Nishi, M., Tange, Y., Arimoto, T. and Shinmei, T.
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Journal Title
Phys. Earth Planet. Inter.
Volume: 257
Pages: 18-27
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Local structure and spin transition in Fe2O3 hematite at high-pressure2016
Author(s)
Sanson, A., Kantor, I., Cerantola, V., Irifune, T., Carnera, A. and Pascarelli, S.
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Journal Title
Phys. Rev. B.
Volume: 94
Pages: 014112
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Novel diamond anvil cell for electrical measurements using boron-doped metallic diamond electrodes2016
Author(s)
Matsumoto, R., Sasama, Y., Fujioka, M., Irifune, T., Tanaka, M., Yamaguchi, T., Takeya, H. and Takano, Y.
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Journal Title
Rev. Sci. Instrum.
Volume: 87
Pages: 076103
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The α→ω phase transformation in zirconium followed with ms-scale time-resolved X-ray absorption spectroscopy2016
Author(s)
Dewaele, A., Andre, R., Occelli, F., Mathon, O., Pascarelli, S., Irifune, T. and Loubeyre, P.
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Journal Title
High Press. Res.
Volume: 36
Pages: 237-249
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Creep strength of ringwoodite measured at pressure-temperature conditions of the lower part of the mantle transition zone using a deformation-DIA apparatus2016
Author(s)
Kawazoe, T., Nishihara, Y., Ohuchi, T., Miyajima, N., Maruyama, G., Higo, Y., Funakoshi, K. and Irifune, T.
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Journal Title
Earth Planet. Sci. Lett.
Volume: 454
Pages: 10-19
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] In situ characterization of liquid network structures at high pressure and temperature using X-ray absorption spectroscopy coupled with the Paris-Edinburgh press2016
Author(s)
Rosaa, A. D., Pohlenzb, J., De Grouchyc, C., Cochaind, B., Konoe, Y., Pasternaka, S., Mathona, O., Irifune, T. and Wilkeg, M.
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Journal Title
High Press. Res.
Volume: 36
Pages: 332-347
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Sound velocities of aluminum-bearing stishovite in the mantle transition zone2016
Author(s)
Greaux, S., Kono, Y., Wang, Y., Yamada, A., Zhou, C., Jing, Z., Inoue, T., Higo, Y., Irifune, T., Sakamoto, N. and Yurimoto, H.
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Journal Title
Geophys. Res. Lett.
Volume: 43
Pages: 4239-4246
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Combined x-ray absorption and xray diffraction under high pressure2016
Author(s)
Itie, J. P., Polian, A., Baudelet, F., Mocuta, C., Thiaudiere, D., Fonda, E. and Irifune, T.
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Journal Title
High Pres. Res.
Volume: 36
Pages: 479-492
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Probing the local, electronic and magnetic structure of matter under extreme conditions of temperature and pressure2016
Author(s)
Torchio, R., S.,Boccato, S., Cerantola, V., Morard, G., Irifune, T. and Kantor, I.
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Journal Title
High Press. Res.
Volume: 36
Pages: 293-302
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Pressure-induced nano-crystallization of silicate garnets from glass2016
Author(s)
Irifune, T., Kawakami, K., Arimoto, T., Ohfuji, H., Kunimoto, T., and Shinmei, T.
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Journal Title
Nature Comm.
Volume: 7
Pages: 13753
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Mantle dynamics inferred from the crystallographic orientation of bridgmanite2016
Author(s)
Tsujino, N., Nishihara, Y., Yamazaki, D., Seto, Y., Higo, Y. and Takahashi, E.
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Journal Title
Nature
Volume: 539
Pages: 81-84
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Ice VII from aqueous salt solutions: From a glass to a crystal with broken H-bonds2016
Author(s)
Klotz, S., Komatsu, K., Pietrucci, F., Kagi, H., Ludl, A.A., Machida, S., Hattori, T., Sano-Furukawa, A. and Bove, L.E.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 32040
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Partially ordered state of ice XV2016
Author(s)
Komatsu, K., Noritake, F., Machida, S., Sano-Furukawa, A., Hattori, T., Yamane, R. and Kagi, H.
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 28920
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Study of magma ocean processes by high pressure melting experiments on natural chondrites2017
Author(s)
Greaux, S., Tateno, S., Nishi, M., Tange, Y., Irifune, T. and Maruyama, S.
Organizer
5th ELSI International Symposium
Place of Presentation
Tokyo Institute of Technology (Tokyo・Meguro)
Year and Date
2017-01-11 – 2017-01-13
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[Presentation] Development of rotational diamond anvil cell for ultra-high pressure deformation experiments2016
Author(s)
Azuma, S., Nomura, R., Nakashima, Y., Uesugi, K., Shinmei, T. and Irifune, T.
Organizer
AGU Fall Meeting 2016
Place of Presentation
San Francisco (USA)
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] Local structure of molten 3d metals under extreme conditions by means of X-ray absorption spectroscopy2016
Author(s)
Boccato, S., Torchio, R., Kantor, I., Morard, G., Mathon, O., Trapananti, A., D'Angelo, P., Anzellini, S., Irifune, T. and Pascarelli, S.
Organizer
AGU Fall Meeting 2016
Place of Presentation
San Francisco (USA)
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] High-pressure rotational deformation apparatus to 135 GPa2016
Author(s)
Nomura, R., Azuma, S., Uesugi, K., Nakashima, Y., Irifune, T. and Shinmei, T.
Organizer
2016 International Conference on the Earth's Deep Interior
Place of Presentation
Wuhan (China)
Year and Date
2016-11-04 – 2016-11-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] FeOOHの高圧相転移2016
Author(s)
土屋旬,土屋卓久,西真之,桑山靖弘
Organizer
日本鉱物科学会2016年年会・総会
Place of Presentation
金沢大学(石川県・金沢市)
Year and Date
2016-09-23 – 2016-09-25
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[Presentation] Sub-millisecond time-resolved XAS as a probe of the dynamics of structural phase transitions2016
Author(s)
Pascarelli, S., Dewaele, A., Mathon, O., André, R., Occelli, F., Irifune, T. and Loubeyre, P.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
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[Presentation] Local structure of molten 3d metals under extreme conditions of pressure and temperature by means of X-ray absorption spectroscopy2016
Author(s)
Boccato, S., Torchio, R., Kantor, I., Mathon, O., Trapananti, A., D'Angelo, P., Anzellini, S., Morard, G., Giampaoli, R., Smareglia, A., Irifune, T. and Pascarelli, S.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ultrahigh-pressure synthesis and characterization of transparent nano-polycrystalline silicate garnet2016
Author(s)
Irifune, T., Kawakami, K., Arimoto, T., Ohfuji, H., Kunimoto, T. and Shinmei, T.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Phase relations in the system MgSiO3-Al2O3 in the lower mantle2016
Author(s)
Liu, Z., Irifune, T., Nishi, M., Tange, Y., Arimoto, T., Shinmei, T., Katsura, T., Ishii, T., Fei, H. and Wang, L.
Organizer
The 54th European High Pressure Research Group (EHPRG) International Meeting on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Bayreuth (Germany)
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Na-Bearing phases in the deep transition zone and lower mantle: composition, structural features and Na transport to the deep earth2016
Author(s)
Tamarova, A., Bindi, L., Bobrov, A., Sirotkina, E., Tschauner, O., Walter, M. J. and Irifune, T.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Phase relations in the system MgSiO3-Al2O3 to 52 Gpa and 2000 K2016
Author(s)
Liu, Z., Irifune, T., Nishi, M., Tange, Y., Arimoto, T. and Shinmei, T.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Behavior of al-bearing hydrous bridgmanite at high pressure2016
Author(s)
Kakizawa, S., Inoue, T., Nishi, M., Arimoto, T., Tange, Y. and Higo, Y.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Creep strength of ringwoodite measured up to 1700 K at 17-18 Gpa using a deformation-dia apparatus2016
Author(s)
Kawazoe, T., Nishihara, Y., Ohuchi, T., Miyajima, N., Maruyama, G., Higo, Y., Funakoshi, K. and Irifune, T.
Organizer
Goldschmidt 2016
Place of Presentation
Pacifico Yokohama (Kanagawa・Yokohama)
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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