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，我们专注于FE-H合金，到目前为止，在高压下，声音速度测量很少。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。所获得的FCC-FEHX的纵向声子模式分散关系使纵向声音声子模式在18-68 GPA的压力范围内确定。与以前的研究相比，据表明，FCC-FEHX的纵向波速度大于HCP-FE的纵向，并且氢会增加Fe的声速。氢的效果增加了Fe的声速，无法通过FE晶格中氢的体积增加而与体积增加相关的密度降低，并且可以从状态和弹性参数方程的比较中预测，即体积模量的增加也是一个重要因素。另外，使用液体FEHX的非弹性X射线散射方法测量声音的速度。很难在高压和高温下长时间保持液体FEHX，并且仅在一种情况下才能获得数据，但是在56 GPA下确定的纵向声速度和2300 K的纵向声速比液体FE快17％，并且预计氢可以增加液态FE的声速。将来，还将在各种压力条件下（包括可重复性）确定液体FEHX的声速。另外，对液体Fe-P进行了X射线衍射测量，以准备在高压下确定液体Fe合金的结构。通过优化标本，压力介质，用于产生高压和背景的DAC形状，我们能够在高达46 GPA的压力范围内获得良好液体合金的静态结构因子数据。将来，将使用反蒙特卡洛方法来分析获得的数据，以确定液体合金的三维结构。

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）