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

基本信息

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

项目摘要

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。

有了这笔研究经费，我们能够进行下列投资、开发和工作。 ①今年，全套GHz声速设备从大阪大学转移到冈山大学理学院，形成了大阪大学和冈山大学共同推进GHz研究的体系。 ② 购买了高性能同轴电缆，信噪比略有改善。 ③引入稳压变压器，防止电网干扰。 ④冈山大学行星物质研究所的研究生合成了(Mg,Fe)O样品。由于上述投资和技术发展，在 32 GPa 下测得铁样品中的 P 波速度约为 6 ns。即使与 GHz 前一组的结果相比，该结果也是最高压力和最短行程时间的记录。对于DAC的加压方法，也在MgO样品上尝试了刮匙全表面样品方法。通过采用这种方法，解决了垫片材料混合反射波的问题。恢复后测量了 MgO 样品的厚度，并对结果进行了单轴压缩校正，结果与之前的研究非常吻合。未来，我们计划采用刮匙全表面取样法作为标准方法。还值得注意的是金刚石砧刮匙直径的减小。最初使用刮匙直径为 600 μm 的砧座，但直径后来减小到 300 μm，现在已减小到 250 μm。产生的压力与刮匙直径成反比，250μm刮匙直径砧座可产生80-100GPa的压力。换句话说，我们现在有希望将GHz-DAC声速方法研究扩展到地幔最深处。我们还开发了一个系统来测量菱形背之间的距离。定制的 X 平台可确保 39mm 的垂直行程。通过将该系统与有限元方法的金刚石砧弹性变形模拟相结合，可以在现场准确估计样品长度，这有望有助于提高研究进度。