高圧下その場蛍光XAFS-XRD複合測定によるマグマ中のXeの化学状態の解明

高压原位荧光XAFS-XRD联合测量阐明岩浆中Xe的化学状态

• 批准号: 20K14584
• 负责人: 若林 大佑
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14584/
• 关键词: 分子動力学計算; 機械学習ポテンシャル; 能動学習; シリカメルト; ネットワーク構造; X線顕微鏡; サブミクロンビーム; XAFS; 湾曲結晶; 永久高密度化; ズーミングX線顕微鏡; フレネルゾーンプレート; 蛍光XAFS; 相転移カイネティクス; X線小角散乱; STXM; マグマ; X線吸収微細構造分光; 高圧

本研究は、マグマ中に微量に含まれるXeの高圧下における振る舞いを調べることで、初期地球においてXeが地球深部に固定される化学プロセスを明らかにすることを目的としている。Xeガスの入手が困難な状況が継続していることを受けて、元々予定していた高圧下その場実験から理論計算によるアプローチに切り替えた。高圧下におけるマグマ中のXeの状態のシミュレーションを行うために、多粒子系の分子動力学計算法の開発を進めた。第一原理計算の結果に基づく機械学習ポテンシャルを用いた大規模計算は、ケイ酸塩のような共有結合性の高いメルトで、かつ原子間が近づきやすい高圧条件では、容易に発散して継続できなくなる。ポテンシャルの平均化と能動学習を組み合わせることでこの問題を解決し、60GPaにおいて約3万原子系のシリカメルトのシミュレーションに成功した。室温まで冷却したシリカガラスのシミュレーション結果を解析したところ、第一原理計算の結果よりも中距離構造を高精度に再現しており、先行研究の実験結果とも整合的であることが明らかになった。また、Xeを微量に含むシリカメルトの系のシミュレーションを10GPaまでの圧力領域で実施した。その結果、SiO4四面体が構成するネットワークのボイド間を移動していたXeが、3-6 GPa程度を境に、特定のボイドに閉じ込められることが明らかになった。一方で、期待されたXeとSiやOとの間の強い結合は認められなかった。中距離ネットワーク構造の圧力変化はXeの状態に大きく影響を与える。シリカガラスのネットワーク構造の変化（永久高密度化）に伴って現れる不均質の観察のために、前年度に開発したX線顕微鏡を発展させて、サブミクロンビームを用いたX線回折と組み合わせた観察ができるように整備した。顕微鏡を利用することで簡便にビーム調整と測定位置合わせが可能であり、特長を論文にまとめて発表した。

In this study, the trace amount of Xe in this study contains the following: vibration dance, vibration dance, Xe in the early stage, fixation in the deep part of the earth, chemistry in the earth. The Xe system is concerned with the current situation, and the data is expected to be high. The calculation of the theory is due to change the situation. In order to improve the performance of the molecular dynamics calculation algorithm of the multi-particle system, the state of the Xe system in the high temperature system has been improved. The results of the first principle calculation are based on the large-scale model calculation of basic mechanical engineering, the use of large-scale models, and the combination of high-temperature temperature calculations, high-temperature conditions and high-temperature conditions between atoms, which are easy to disperse. In order to solve the problem, the average chemical kinetic organization, which is responsible for solving the problem, and the 60GPa, which is about 30, 000 atomic system, has been successfully tested. At room temperature, the cooling temperature does not change. The results are analyzed. The first-principle calculation results show that the mid-range separation is accurate. The results show that the precision is high. The results show that the integrated results are accurate. The trace amount of Xe contains information on the application of force in the field of force in the field of force. The results show that the SiO4 tetrahedron can be used to move the Xe, the level of 3-6 GPa, the temperature of the specific cluster, and so on. On the one hand, we look forward to the combination of Xe and Si. The middle distance is far away from each other, so that the force can be changed into the Xe status. In recent years, the system (permanent high density) has been used to improve the system (permanent high density). In the previous year, it has been opened in the previous year, and the X-ray foldback system has been used to monitor the performance of the system. The microphone is used to measure the location of the system. It is possible to make sure that the location is accurate.

项目成果

高圧下その場XAFS測定のための湾曲結晶を用いたX線集光技術の開発

开发利用弯曲晶体进行高压原位XAFS测量的X射线聚焦技术

• 发表时间: 2021
• 作者: 若林大佑;柴崎裕樹
• 通讯作者: 柴崎裕樹

CuInS2 ナノ粒子の粒子間隔と光学特性

CuInS2 纳米粒子的粒子间距和光学性质

• 发表时间: 2020
• 作者: Takuro Murayoshi;H. Nagai;and M. Sato;丹羽 正貴，大野 圭太，林 純一，葛谷 俊博，関根 ちひろ，武田 圭生，濱中 泰，若林 大祐，佐藤 友子，船守 展正
• 通讯作者: 丹羽 正貴，大野 圭太，林 純一，葛谷 俊博，関根 ちひろ，武田 圭生，濱中 泰，若林 大祐，佐藤 友子，船守 展正

X線マルチコントラスト・ズーミング光学系の開発

X射线多对比变焦光学系统的研制

• 发表时间: 2023
• 作者: 平野馨一;若林大佑;杉山弘;柴崎裕樹;西村龍太郎;鈴木芳生;五十嵐教之;船守展正
• 通讯作者: 船守展正

High-pressure X-ray Multiscale Measurements on Non-crystalline Materials at Photon Factory

Photon Factory 非晶材料高压 X 射线多尺度测量

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamashita Katsuyuki;Ishigami Ayae;Gouda Shougo;Saibara Suguru;Hibiya Yuki;Iizuka Tsuyoshi;Daisuke Wakabayashi
• 通讯作者: Daisuke Wakabayashi

Current status and future perspective of high-resolution X-raymicroscope at Photon Factory

光子工厂高分辨率X射线显微镜的现状和未来展望

• 发表时间: 2020
• 作者: Teramoto;M.;A. Matsuoka;Y. Kasahara;Y. Kasaba;A. Kumamoto;F. Tsuchiya;S. Matsuda;Y. Miyoshi;M. Nose;T. Nakagawa;S. Imajo;M. Shoji;S. Nakamura;I. Shinohara;Daisuke Wakabayashi
• 通讯作者: Daisuke Wakabayashi