新しい高圧鉱物の単結晶育成法「周期的温度勾配逆転法」の開発

地球内部構造を議論するためには、地球内部を構成するであろうと考えられる物質の物性を測定し、それを地球物理学的観測と比較・対照する必要がある。しかし、高温高圧下でのみ合成可能な物質は、単結晶合成が困難であるため、通常多結晶体としてのみ合成され、このような多結晶体試料を用いては信頼性の高い物性測定は出来ない。高温高圧下での単結晶合成が困難である理由は、高温高圧セル内には、その小さい体積のゆえに必然的に大きな温度勾配が存在し、この温度勾配のために、単結晶を育成させるための液相が固相から分離してしまうためである。この問題を解決するため、双加熱法と命名した新しい単結晶合成法の開発に取り組んだ。この方法では、高圧セル内に二つの独立なヒーターを組み込み、この二つのヒーターに投入する電力を反位相で変調させることにより、高圧セル内部の温度分布を周期的に変動させ、これにより液相を往復運動させ、持続的に液相から結晶を成長させることが可能になる。この目的のため、岡山大学固体地球研究センターに既設の超高圧発生装置USSA-5000を改造し、二系統の加熱を可能にさせた。次に、2系統加熱システムで反位相に変調するための、加熱制御プログラムを作成した。そして、双加熱法に適した高圧セルをデザインし、実際に二つのヒーターに投入する電力を反位相に変調させることを可能にした。これにより、圧力14万気圧でSiO2スティショバイトの単結晶合成を試み、0.5mmを越す大型単結晶の育成に成功した。

地球内部構造を議論するためには、地球内部を構成するであろうと考えられる物質の物性を測定し、それを地球物理学的観測と比較・対照する必要がある。しかし、高温高圧下でのみ合成可能な物質は、単結晶合成が困難であるため、通常多結晶体としてのみ合成され、このような多結晶体試料を用いては信頼性の高い物性測定は出来ない。高温高圧下での単結晶合成が困難である理由は、高温高圧セル内には、その小さい体積のゆえに必然的に大きな温度勾配が存在し、この温度勾配のために、単結晶を育成させるための液相が固相から分離してしまうためである。この問題を解決するため、双加熱法と命名した新しい単結晶合成法の開発に取り組んだ。この方法では、高圧セル内に二つの独立なヒーターを組み込み、この二つのヒーターに投入する電力を反位相で変調させることにより、高圧セル内部の温度分布を周期的に変動させ、これにより液相を往復運動させ、持続的に液相から結晶を成長させることが可能になる。この目的のため、岡山大学固体地球研究センターに既設の超高圧発生装置USSA-5000を改造し、二系統の加熱を可能にさせた。次に、2系統加熱システムで反位相に変調するための、加熱制御プログラムを作成した。そして、双加熱法に適した高圧セルをデザインし、実際に二つのヒーターに投入する電力を反位相に変調させることを可能にした。これにより、圧力14万気圧でSiO2スティショバイトの単結晶合成を試み、0.5mmを越す大型単結晶の育成に成功した。