High‐Pressure Melting Curve of FeH: Implications for Eutectic Melting Between Fe and Non‐Magnetic FeH
High‐Pressure Melting Curve of FeH: Implications for Eutectic Melting Between Fe and Non‐Magnetic FeH
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FeH 的高压熔化曲线：Fe 与非磁性 FeH 之间共晶熔化的影响
DOI：
10.1029/2022jb024365
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ohishi Yasuo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tagawa Shoh;Helffrich George;Hirose Kei;Ohishi Yasuo
虽然氢可能是行星铁芯中重要的轻合金元素，但 Fe-FeH 系统中的相关系在高压和高温 (P-T) 下仍然很大程度上未知。假设 Fe 和 FeH 之间连续固溶以及 FeH 和 H2 之间共晶熔化，提出了推测的 Fe-H2 相图。最近的研究表明，化学计量的 FeH 在高于~40 GPa 时变得非磁性，这可能会影响其熔化行为。在这里，我们通过激光加热金刚石砧池技术和同步加速器 X 射线衍射 (XRD) 分析相结合，检查了 43 至 152 GPa 之间非磁性 FeH 的熔化曲线。通过采用淬火温度时出现的附加模糊 XRD 信号作为熔化标准来确定熔化温度。我们还进行了热力学建模，很好地再现了失去磁性时 FeH 熔化曲线曲率的变化，并推断了内核压力的实验约束。 XRD 数据表明，非磁性 FeH 在高于已知的 FeHx(x> 1) 共晶熔化曲线的温度下同成分熔化。结合端元表现出不同晶体结构的事实，这些结果表明 Fe 和非磁性 FeH 形成共晶体系。 FeH 熔化曲线的 dT/dP 斜率与 Fe 的熔化曲线相当，表明之前估计为 ∼40 GPa 的 FeH0.42(Fe + 0.75 wt% H) 的共晶液体成分随着压力的增加变化很小。
While hydrogen could be an important light alloying element in planetary iron cores, phase relations in the Fe‐FeH system remain largely unknown at high pressures and temperatures (P‐T). A speculative Fe‐H2phase diagram has been proposed assuming continuous solid solution between Fe and FeH and eutectic melting between FeH and H2. Recent studies revealed that stoichiometric FeH becomes non‐magnetic above ∼40 GPa, which might affect its melting behavior. Here we examined the melting curve of non‐magnetic FeH between 43 and 152 GPa by a combination of laser‐heated diamond‐anvil cell techniques and synchrotron X‐ray diffraction (XRD) analyses. The melting temperature was determined by employing the appearance of additional hazy XRD signals upon quenching temperature as a melting criterion. We also performed thermodynamic modeling, which well reproduces the change in the curvature of FeH melting curve upon the loss of magnetism and extrapolates the experimental constraints to inner core pressures. The XRD data showed that non‐magnetic FeH melts congruently at temperatures higher than the known eutectic melting curve for FeHx(x> 1). Combined with the fact that the endmembers exhibit different crystal structures, these results indicate that Fe and non‐magnetic FeH form a eutectic system. The dT/dPslope of the FeH melting curve is comparable to that for Fe, suggesting that the eutectic liquid composition of FeH0.42(Fe + 0.75 wt% H) previously estimated at ∼40 GPa changes little with increasing pressure.
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