Ultrahigh pressure structural change in silicate magma at pressures near the core-mantle boundary

2022年度は、本研究で開発した高圧下その場におけるガラスのPDF(pair distribution function)測定装置を用いたSiO2ガラスの高圧構造変化の研究を推進した。2020-2021年度の実験において、SPring-8のBL05XU、BL37XUビームラインにおける高強度の高エネルギーX線を活用したSiO2ガラスの高圧下PDF測定を行った。その結果、海外施設におけるこれまでの研究よりも遥かに高いQ範囲（20 A-1）までの高品質な構造因子S(Q)結果を最大6GPaまでの高圧下で測定することに成功した。この高品質な実験結果と、分子動力学シミュレーション、逆モンテカルロ解析を組み合わせることで、高圧その場環境下におけるSiO2ガラスの精密な構造解析に成功し、理論研究により予測されていたSiO2ガラスに潜む四面体的対称構造の存在とその高圧下における崩壊を実験的に捉えることに成功した。この研究成果は、2022年4月に高インパクトファクター雑誌であるNature Communications誌に掲載され、さらに同雑誌のEditors’ Highlightsウェブページにおいて、Inorganic and physical chemistry分野におけるFeatured articlesに選ばれるなどの高い評価を受けている。さらに、圧力最大46GPaの超高圧下におけるSiO2ガラスのS(Q)測定を行い、合計17点のデータを得ることに成功した。これら実験データの一次解析の結果、圧力16GPaから32GPaの間でSi-O近接距離の急激な増加が得られており、これはSi-O配位数の増加を伴う構造転移を示していると考えられる。この圧力最大46GPaまでの超高圧実験結果について、現在、分子動力学シミュレーション、逆モンテカルロ解析を行っており、精密な構造の解析を進めている。

2022年度は、本研究で開発した高圧下その場におけるガラスのPDF(pair distribution function)測定装置を用いたSiO2ガラスの高圧構造変化の研究を推進した。2020-2021年度の実験において、SPring-8のBL05XU、BL37XUビームラインにおける高強度の高エネルギーX線を活用したSiO2ガラスの高圧下PDF測定を行った。その結果、海外施設におけるこれまでの研究よりも遥かに高いQ範囲（20 A-1）までの高品質な構造因子S(Q)結果を最大6GPaまでの高圧下で測定することに成功した。この高品質な実験結果と、分子動力学シミュレーション、逆モンテカルロ解析を組み合わせることで、高圧その場環境下におけるSiO2ガラスの精密な構造解析に成功し、理論研究により予測されていたSiO2ガラスに潜む四面体的対称構造の存在とその高圧下における崩壊を実験的に捉えることに成功した。この研究成果は、2022年4月に高インパクトファクター雑誌であるNature Communications誌に掲載され、さらに同雑誌のEditors’ Highlightsウェブページにおいて、Inorganic and physical chemistry分野におけるFeatured articlesに選ばれるなどの高い評価を受けている。さらに、圧力最大46GPaの超高圧下におけるSiO2ガラスのS(Q)測定を行い、合計17点のデータを得ることに成功した。これら実験データの一次解析の結果、圧力16GPaから32GPaの間でSi-O近接距離の急激な増加が得られており、これはSi-O配位数の増加を伴う構造転移を示していると考えられる。この圧力最大46GPaまでの超高圧実験結果について、現在、分子動力学シミュレーション、逆モンテカルロ解析を行っており、精密な構造の解析を進めている。