Ultrahigh pressure structural change in silicate magma at pressures near the core-mantle boundary

核幔边界附近压力下硅酸盐岩浆的超高压结构变化

基本信息

批准号：
20H00201
负责人：
河野義生
金额：
$ 29.2万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度は、本研究で開発した高圧下その場におけるガラスのPDF(pair distribution function)測定装置を用いたSiO2ガラスの高圧構造変化の研究を推進した。2020-2021年度の実験において、SPring-8のBL05XU、BL37XUビームラインにおける高強度の高エネルギーX線を活用したSiO2ガラスの高圧下PDF測定を行った。その結果、海外施設におけるこれまでの研究よりも遥かに高いQ範囲（20 A-1）までの高品質な構造因子S(Q)結果を最大6GPaまでの高圧下で測定することに成功した。この高品質な実験結果と、分子動力学シミュレーション、逆モンテカルロ解析を組み合わせることで、高圧その場環境下におけるSiO2ガラスの精密な構造解析に成功し、理論研究により予測されていたSiO2ガラスに潜む四面体的対称構造の存在とその高圧下における崩壊を実験的に捉えることに成功した。この研究成果は、2022年4月に高インパクトファクター雑誌であるNature Communications誌に掲載され、さらに同雑誌のEditors’ Highlightsウェブページにおいて、Inorganic and physical chemistry分野におけるFeatured articlesに選ばれるなどの高い評価を受けている。さらに、圧力最大46GPaの超高圧下におけるSiO2ガラスのS(Q)測定を行い、合計17点のデータを得ることに成功した。これら実験データの一次解析の結果、圧力16GPaから32GPaの間でSi-O近接距離の急激な増加が得られており、これはSi-O配位数の増加を伴う構造転移を示していると考えられる。この圧力最大46GPaまでの超高圧実験結果について、現在、分子動力学シミュレーション、逆モンテカルロ解析を行っており、精密な構造の解析を進めている。

2022财年，我们利用本研究开发的高压下原位玻璃PDF（对分布函数）测量装置，推进了SiO2玻璃高压结构变化的研究。在 2020-2021 年的实验中，我们使用高强度、高能 X 射线在 SPring-8 的 BL05XU 和 BL37XU 光束线上对 SiO2 玻璃进行高压 PDF 测量。结果，我们成功地在高达 6GPa 的高压下测量了高质量的结构因子 S(Q) 结果，其 Q 范围 (20 A-1) 比之前在海外设施的研究更高。通过将这些高质量的实验结果与分子动力学模拟和反蒙特卡罗分析相结合，我们成功地在高压原位环境下精确分析了SiO2玻璃的结构，我们成功地通过实验了解了对称结构的存在，并成功地解释了SiO2玻璃的结构。它在高压下崩溃。该研究成果于2022年4月发表在高影响因子期刊《Nature Communications》上，并被选为该杂志编辑亮点网页无机与物理化学领域的专题文章。此外，我们在高达46 GPa的超高压下对SiO2玻璃进行了S(Q)测量，并成功获得了总共17个点的数据。对这些实验数据进行初步分析的结果是，在 16 GPa 和 32 GPa 的压力之间，Si-O 接近距离快速增加，这被认为表明伴随着 Si-O 增加的结构转变。协调数可能。我们目前正在对这些压力高达46GPa的超高压实验结果进行分子动力学模拟和反蒙特卡罗分析，并正在进行精确的结构分析。