Effect of anharmonicity on thermal vibration of earth's mantleminerals under high temperature and pressure

高温高压下非谐性对地幔矿物热振动的影响

• 批准号: 19740330
• 负责人: MURAI Keiichiro
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: The University of Tokushima
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19740330/
• 关键词: 地球内部物質; 局所構造; 非調和熱振動; 粉末X線回折; 蛍光X線分析; ペロブスカイト型構造; ゾルゲル法

地球科学における過去のペロブスカイト型物質の熱振動解析はいずれも調和近似モデルを用いた解析であるが、地球深部のマントル層での物質の精密な挙動を議論するに当たり、高温高圧下での局所的な熱膨張を含めた、熱振動の非調和性を定量的に決定することは非常に重要であることから、ペロブスカイト型物質あるいは同様の八面体配位構造を有するルチル型物質のEXAFS法による非調和局所構造解析を行い、非調和熱振動を定量化し、非調和局所構造解析の有効性を議論することを目的とし、合成した試料を用いて研究を実施した。出発物質の予備合成については研究代表者および大学院生が行った。特に合成されたケイ酸塩多成分酸化物試料の定量的な同定については研究代表者が行い、さらにそのデータを下に出発物質の合成条件を吟味し、具体的な合成条件を決定した。決定された合成条件により、研究代表者および大学院生が本合成を行った。合成温度は高温であるために安全性および効率性を考え、前駆体から相転移する温度を昨年度購入の熱分析装置(SHIMADZU DTG-60)により精密に決定した。合成した4種類の(Mg, Fe)SiO3およびCaGeO3ペロブスカイトのEXAFS測定および非調和熱振動解析を行った。局所的な原子対の熱振動におけるFe固溶量の依存性を定量化するため、(Mg, Fe)SiO3ペロブスカイトについてはFe K吸収端近傍を、またCaGeO3ペロブスカイトについてはCaおよびGe K吸収端近傍の局所構造解析を行った。その結果、高温領域での熱振動の非調和性を定量化することに成功した。

以往地球科学中钙钛矿型材料的热振动分析均采用谐波近似模型，但在讨论地球深层地幔层材料的精确行为时，定量确定钙钛矿型材料的非谐波性是非常困难的。热振动，包括热膨胀。由于其重要性，我们利用 EXAFS 方法对具有类似八面体配位结构的钙钛矿型材料或金红石型材料进行了非简谐振动局部结构分析，量化了非简谐振动热振动，并评估了非简谐振动局部结构分析的有效性，以进行讨论。为此，我们使用合成样本进行了研究。首席研究员和一名研究生对起始材料进行了初步合成。特别是，主要研究人员对合成的硅酸盐多元氧化物样品进行了定量鉴定，并根据该数据对起始原料的合成条件进行了研究，并确定了具体的合成条件。课题组负责人和研究生按照确定的合成条件进行了主合成。由于合成温度较高，考虑到安全性和效率，我们使用去年购买的热分析仪（SHIMADZU DTG-60）精确测定了前驱体发生相变的温度。对四种合成的 (Mg, Fe)SiO3 和 CaGeO3 钙钛矿进行了 EXAFS 测量和非谐波热振动分析。为了量化Fe固溶体的量对局部原子对热振动的依赖性，我们分析了(Mg, Fe)SiO3钙钛矿的Fe K吸收边附近的区域，以及Ca和Ge K吸收边附近的区域。对 CaGeO3 钙钛矿的吸收边进行了局部结构分析。结果，我们成功地量化了高温区域热振荡的非谐性。