Elasticity associated with the iron spin transition by means of GHz ultrasonics

通过 GHz 超声波与铁自旋跃迁相关的弹性

• 批准号: 21H01179
• 负责人: 米田 明
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01179/
• 关键词: マントル; GHz音速法; ダイヤモンドアンビルセル; スピン転移; 下部マントル; 地震波速度構造; GHz音速測定; DACセル; 弾性波速度; 含鉄物質; コア; 鉄; 鉄スピン転移; 鉄の高圧相; 弾性波速度異常; 下部マントル組成; マントル; GHz音速法; ダイヤモンドアンビルセル; スピン転移; 下部マントル; 地震波速度構造; GHz音速測定; DACセル; 弾性波速度; 含鉄物質; コア; 鉄; 鉄スピン転移; 鉄の高圧相; 弾性波速度異常; 下部マントル組成

本研究経費を得て、以下に示す投資・開発・作業を行うことができた。①本年度に大阪大学から岡山大学理学部にGHz音速装置一式を移設し、大阪大学・岡山大学が共同してGHz研究を進める体制を整えた。②高性能同軸ケーブルを購入し若干のSN比向上を実現した。③安定化トランスを導入し電源ラインからの擾乱を防ぐ手立てを講じた。④大学院生が岡山大学惑星物質研究所で(Mg,Fe)O試料を合成した。以上の投資と技術開発の結果、鉄試料においてP波速度が32GPaで約6nsと測定された。本結果は、GHz先行グループの結果と比較しても、最高圧力・最短トラベルタイムの記録である。DACの加圧方法においてもキュレット全面試料法をMgO試料で試みた。この方法の採用により、ガスケット材からの反射波混在の懸念が解消した。MgO試料の厚みを回収後に測定し、一軸性圧縮補正を施した結果は先行研究と非常に良い一致を見た。今後は、キュレット全面試料法を標準的な手法として採用する予定である。更に特筆すべきことはダイヤモンドアンビルキュレット径の縮小である。年度当初は600μmのキュレット径のアンビルを使用していたが、300μmを経て、現在250μmにまで縮小している。発生圧力はキュレット径に反比例し、250μmキュレット径アンビルでは80-100GPaの圧力が発生できる。つまりGHz-DAC音速法研究をマントル最深部条件まで展開できる目途がついたことになる。またダイヤモンド背面間距離を測定するシステムも開発した。特注のXステージで39mmの上下動ストロークを確保している。このシステムに有限要素法によるダイヤモンドアンビル弾性変形シミュレーションを併用することにより、その場で試料長を的確に推定することが可能になり研究の進捗度向上に寄与すると予想される。

借助这项研究的资金，我们能够进行以下投资，开发和工作：1）今年，今年，一组GHz音响设备从大阪大学转移到科学院，冈马大学，大阪大学和冈马大学共同建立了一个系统，以进行GHz研究。 ②我们购买了高性能同轴电缆，以稍微改善SN比。 ③引入了稳定变压器，以防止电源线的干扰。 ④研究生合成（MG，FE）o样品在冈马大学行星材料研究所。由于上述投资和技术开发，在32GPA的大约6NS下测量了铁样品的P波速度。与GHz领导组的结果相比，该结果是最大压力和最短旅行时间的记录。在DAC加压方法中，还尝试使用MGO样品进行库莱特全表面样品方法。通过采用这种方法，已经消除了对垫圈材料反射波的混合的担忧。在恢复后测量MGO样品的厚度，并且通过进行单轴压缩校正获得的结果与先前的研究非常吻合。将来，库莱特全表面样本方法将被用作标准方法。更值得注意的是钻石砧crett的直径降低。在今年年初，使用了螺旋直径为600μm的铁砧，但是300μm后，现在已减少到250μm。产生的压力与肠道直径成反比，并且可以在250μm的螺旋砧座中产生80-100 GPA的压力。换句话说，有一个计划将GHz-DAC的声音方法研究发展到地幔中最深的条件。我们还开发了一个测量钻石背面之间距离的系统。定制的X阶段可确保上下移动笔触39毫米。通过使用有限元法的弹性变形模拟结合使用该系统，可以预期可以准确地估计样品长度，这将有助于改善研究的进度。