Physical property and structure of liquid Fe at high pressure for investigating the Earth's core composition

用于研究地核成分的高压液态铁的物理性质和结构

• 批准号: 22H01334
• 负责人: 中島 陽一
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01334/
• 关键词: 地球コア組成; 液体鉄合金; 弾性特性; 構造; 高圧; 地球コア; 音速; 高圧高温; 構造物性

今年度は、これまでに高圧下における音速測定がほとんど行われていなかったFe-H合金に着目し研究を進めた。fcc-FeHx単相を高圧下で合成し、非弾性X線散乱測定を行った。得られたfcc-FeHxの縦波音響フォノンモードの分散関係より、18－68 GPaの圧力範囲における縦波音波速度を決定した。先行研究と比較すると、fcc-FeHx の縦波速度はhcp-Feと比べ大きく、水素はFeの音速を増大させることが明らかになった。水素がFeの音速を増大させる効果は、水素がFe格子に侵入型として固溶することでFeの体積増加に伴う密度減少のみでは説明できず、体積弾性率が増加することも重要な因子となることが状態方程式及び弾性パラメータの比較から予想される。また、液体FeHxの非弾性X線散乱法による音速測定も行った。液体FeHxを高圧高温下で長時間保持することは難しく、1条件でのみデータを取得できなかったが、56 GPa、2300 Kにおいて決定した縦波音速は液体Feと比較し17%程度速く、水素は液体Feの音速も増大させることが予想される。今後再現性を含め、様々な圧力条件で液体FeHｘの音速も決定する予定である。また、高圧下における液体Fe合金の構造決定のための準備として、液体Fe-PのX線回折測定を行った。試料や圧媒体、高圧発生に用いたDAC形状、バックグラウンドの最適化により、最大46GPaまでの圧力範囲で良好な液体合金の静的構造因子データを取得するに至った。今後、取得したデータを逆モンテカルロ法により解析することで液体合金の3次元構造決定する。

This year, the study of Fe-H alloy was carried out under high pressure. fcc-FeHx phase synthesis under high pressure, non-static X-ray scattering measurement Fcc-FeHx is the most important factor in the dispersion of sound waves. The pressure range of 18-68 GPa is the most important factor in determining the speed of sound waves. In this paper, we compare the velocity of the wave of Fe with that of Fe, and compare it with that of Fe. The effect of increasing the velocity of sound of Fe due to water element is that the volume of Fe increases with the decrease of density. The effect of increasing the velocity of sound due to water element is that the volume of Fe increases with the decrease of density. The effect of increasing the velocity of sound due to water element is that the equation of state and the effect of increasing the volume of Fe increase with the decrease of density are important factors. Non-dispersive X-ray scattering method for liquid FeHx Liquid Fe is difficult to maintain for a long time under high pressure and high temperature, and the speed of sound of liquid Fe is determined by the speed of sound of liquid Fe at 56 GPa and 2300 K. Reproducibility includes pressure conditions for determining the speed of sound of liquid FeHx. Preparation for structural determination of liquid Fe alloy under high pressure and X-ray reflection measurement of liquid Fe-P. Sample pressure medium, DAC shape for high pressure generation, optimization of pressure range up to 46GPa, good static structure factor for liquid alloys In the future, we will determine the three-dimensional structure of liquid alloy by reverse analysis.

项目成果

Wigner Research Centre for Physics(ハンガリー)

维格纳物理研究中心（匈牙利）

A cotunnite-type new high-pressure phase of Fe2S

Fe2S的铜铜矿型新型高压相

• DOI: 10.2138/am-2022-7959
• 发表时间: 2022
• 期刊: American Mineralogist
• 影响因子: 3.1
• 作者: Oka Kenta;Tateno Shigehiko;Kuwayama Yasuhiro;Hirose Kei;Nakajima Yoichi;Umemoto Koihiro;Tsujino Noriyoshi;Kawaguchi Saori I.
• 通讯作者: Kawaguchi Saori I.

Universite Grenoble Alpes(フランス)

格勒诺布尔阿尔卑斯大学（法国）