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

核幔边界附近压力下硅酸盐岩浆的超高压结构变化

• 批准号: 20H00201
• 负责人: 河野 義生
• 金额: $ 29.2万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 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-20H00201/
• 关键词: 高圧; マグマ; 動径分布関数; マントル; ケイ酸塩; ガラス; 非晶質構造; 動径分布関数測定

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。

In 2022, this study will develop PDF(pair distribution function) measurement equipment for high-pressure structure transformation using SiO2. 2020-2021 The annual implementation of the SPring-8 BL05 XU, BL37 XU video link, high-intensity X-ray, SiO2, and high-pressure PDF measurement. The results of this study, conducted in overseas facilities, were measured successfully at high pressures up to 6GPa with a high Q range of (20 A-1) and a high quality construction factor S(Q). The high-quality experimental results, molecular dynamics, inverse molecular analysis, assembly, and analysis of SiO2 structures under high pressure conditions were successfully performed. Theoretical studies were successfully performed to predict the existence of SiO2 structures under high pressure conditions. The results of this research were published in the Nature Communications Journal in April 2022, and published in the Editors 'Highlights of the same journal in April 2022. The measurement of S(Q) of SiO2 under ultra-high pressure with maximum pressure of 46GPa was carried out successfully with a total of 17 points. The results of the first analysis show that the pressure is 16GPa to 32GPa, and the Si-O proximity distance increases rapidly. The maximum pressure is 46GPa, and the ultra-high pressure results are analyzed by molecular dynamics, reverse molecular dynamics, and precision structure analysis.

项目成果

高圧環境下その場におけるガラスの構造・物性研究

高压环境下原位玻璃结构与物理性能研究

• 发表时间: 2022
• 期刊: 放射光
• 作者: Eri Tokuda;Sho Takeda;Tetsuya Uchimoto;Toshiyuki Takagi;Hirotoshi Enoki;Takashi Iijima;河野義生，佐藤友子
• 通讯作者: 河野義生，佐藤友子

高温高圧下における液体・非晶質物質のPDF解析

高温高压下液体/非晶材料的PDF分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Usui;Y.;Saitoh;M.;Tani;K.;Nishizawa;M.;Shibuya;T.;Kato;C.;Okumura;T. and Kashiwabara;T.;河野義生
• 通讯作者: 河野義生

X-ray Research with PE press

使用 PE 压机进行 X 射线研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Tran Tri Van;Faure Michel;Nguyen Vuong Van;Bui Hoang Huy;Fyhn Michael Bryld Wessel;Nguyen Tuan Quang;Lepvrier Claude;Thomsen Tonny B.;Tani Kenichiro;Charusiri Punya;近藤望，河野義生，大平格，HRUBIAK Ross，尾原幸治，新田清文，関澤央輝;大平格，河野義生，GREAUX Steeve，近藤望，桑原秀治，SHEN Guoyin;Sawada Hikaru;Yoshio Kono
• 通讯作者: Yoshio Kono

Structural Evolution of SiO2 Glass with Si Coordination Number Greater than 6

• DOI: 10.1103/physrevlett.125.205701
• 发表时间: 2020-11-12
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Kono, Yoshio;Shu, Yu;Shen, Guoyin
• 通讯作者: Shen, Guoyin

Interaction between Cerium and H2O in Hydrous Rhyolitic Melts

含水流纹岩熔体中铈和水的相互作用

• DOI: 10.1021/acsearthspacechem.0c00206
• 发表时间: 2020
• 期刊: ACS Earth and Space Chemistry
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kondo Nozomi M.;Kono Yoshio;Ohara Koji;Nakada Ryoichi;Ina Toshiaki;Skrzypek Etienne;Yamada Akihiro;Saito Satoshi
• 通讯作者: Saito Satoshi