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

基本信息

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

项目摘要

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。

在2022财年，我们使用原位配对分布函数（PDF）测量玻璃的高压玻璃中的高压结构变化进行了研究。在2020-2021实验中，对Sio2玻璃进行了高压PDF测量，并在Spring-8的BL05XU和BL37XU梁线上使用高强度的高能量X射线进行了测量。结果，我们成功地测量了高质量的结构因子S（q）的结果，Q范围（20 A-1）比以前在高达6 GPA的海外设施的研究高得多。通过将这些高质量的实验结果与分子动力学模拟和蒙特卡洛分析相结合，我们成功地分析了在高压和原位环境下SiO2玻璃的精确结构分析，并成功地捕获了隐藏在SIO2玻璃中的四面体对称性结构的存在，这是由SIO2玻璃隐藏的，这是由理论研究及其高压低下的高压预测的。这项研究结果发表在《自然通讯》杂志上，该杂志于2022年4月的一本高影响力因素杂志上发表，并且也受到了高度赞扬，在该杂志编辑的亮点网页上被选为无机和物理化学领域的特色文章。此外，在高达46GPA的超高压力下对SIO2玻璃的S（Q）测量得出，总共获得了17分的数据。对这些实验数据的主要分析表明，SI-O 16 GPA和32 GPA之间的SI-O接近距离突然增加，这被认为表明结构过渡伴随着SI-O协调数的增加。这些超高压力实验的结果目前正在使用分子动力学模拟和蒙特卡洛逆分析进行，目前正在进行精确的结构分析。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
放射光
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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

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

圧力最大120GPaにおけるSiO2ガラスの超高圧構造変化

SiO2玻璃在压力高达120GPa的超高压结构变化

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Usui;Y.;Saitoh;M.;Tani;K.;Nishizawa;M.;Shibuya;T.;Kato;C.;Okumura;T. and Kashiwabara;T.;河野義生;河野義生，SHU Yu，KENNEY-BENSON Curtis，WANG Yanbin，SHEN Guoyin
通讯作者：
河野義生，SHU Yu，KENNEY-BENSON Curtis，WANG Yanbin，SHEN Guoyin

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