Physical property and structure of liquid Fe at high pressure for investigating the Earth's core composition

用于研究地核成分的高压液态铁的物理性质和结构

基本信息

批准号：
22H01334
负责人：
中島陽一
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

今年度は、これまでに高圧下における音速測定がほとんど行われていなかったFe-H合金に着目し研究を進めた。fcc-FeHx単相を高圧下で合成し、非弾性X線散乱測定を行った。得られたfcc-FeHxの縦波音響フォノンモードの分散関係より、18－68 GPaの圧力範囲における縦波音波速度を決定した。先行研究と比較すると、fcc-FeHx の縦波速度はhcp-Feと比べ大きく、水素はFeの音速を増大させることが明らかになった。水素がFeの音速を増大させる効果は、水素がFe格子に侵入型として固溶することでFeの体積増加に伴う密度減少のみでは説明できず、体積弾性率が増加することも重要な因子となることが状態方程式及び弾性パラメータの比較から予想される。また、液体FeHxの非弾性X線散乱法による音速測定も行った。液体FeHxを高圧高温下で長時間保持することは難しく、1条件でのみデータを取得できなかったが、56 GPa、2300 Kにおいて決定した縦波音速は液体Feと比較し17%程度速く、水素は液体Feの音速も増大させることが予想される。今後再現性を含め、様々な圧力条件で液体FeHｘの音速も決定する予定である。また、高圧下における液体Fe合金の構造決定のための準備として、液体Fe-PのX線回折測定を行った。試料や圧媒体、高圧発生に用いたDAC形状、バックグラウンドの最適化により、最大46GPaまでの圧力範囲で良好な液体合金の静的構造因子データを取得するに至った。今後、取得したデータを逆モンテカルロ法により解析することで液体合金の3次元構造決定する。

今年，我们的研究重点是Fe-H合金，迄今为止，其高压下的声速几乎没有被测量过。在高压下合成了 fcc-FeHx 单相，并进行了非弹性 X 射线散射测量。根据所获得的fcc-FeHx的纵向声子模式的色散关系，确定了18-68GPa压力范围内的纵向声速。与之前的研究相比，发现fcc-FeHx的纵波速度大于hcp-Fe，并且氢气增加了Fe的声速。氢对Fe声速增加的影响不能仅用Fe晶格中氢的间隙固溶体导致Fe体积增加而导致密度降低来解释；体积模量的增加也是一个重要因素。从状态方程和弹性参数的比较可以看出：我们还使用非弹性 X 射线散射测量了液体 FeHx 的声速。 FeHx很难长时间保持在高压高温下的液态，仅在一种条件下无法获得数据，但在56 GPa和2300 K下测定的纵向声速比液体快约17%铁和氢预计也会增加液态铁的声速。未来，我们计划确定液体 FeHx 在各种压力条件下的声速，包括再现性。此外，为了准备在高压下确定液态铁合金的结构，我们对液态铁磷进行了 X 射线衍射测量。通过优化样品、压力介质、用于高压生成的 DAC 形状和背景，我们能够在高达 46 GPa 的压力范围内获得液态合金的良好静态结构系数数据。未来，将通过使用反蒙特卡罗方法分析获得的数据来确定液态合金的三维结构。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Wigner Research Centre for Physics(ハンガリー)

维格纳物理研究中心（匈牙利）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

A cotunnite-type new high-pressure phase of Fe2S

Fe2S的铜铜矿型新型高压相

DOI：
10.2138/am-2022-7959
发表时间：
2022
期刊：
American Mineralogist
影响因子：
3.1
作者：
Oka Kenta;Tateno Shigehiko;Kuwayama Yasuhiro;Hirose Kei;Nakajima Yoichi;Umemoto Koihiro;Tsujino Noriyoshi;Kawaguchi Saori I.
通讯作者：
Kawaguchi Saori I.

Universite Grenoble Alpes(フランス)

格勒诺布尔阿尔卑斯大学（法国）