含水鉱物の音速測定から探る、マントル最下部への水輸送と大規模地震波低速度域の関係

鉄水酸化物ε-FeOOHはOH基の形態で水を含む含水鉱物であり、地球内部の核マントル境界への水輸送を担う鉱物の一つと考えられている。輸送された水は核の鉄と化学反応を起こすと考えられており、その結果FeOOHなどの含水鉱物が生成される可能性がある。地球内部の高圧力条件における鉱物の物性（ふるまい）の情報は地球のダイナミクスの理解に不可欠であり、本研究ではε-FeOOHの物性の解明を目指している。ε-FeOOHは45万気圧で鉄イオンの電子配置が切り替わるスピン転移が起きることが知られており、物性への影響が予想される。本年度は、この鉄スピン転移のメカニズムや伴われる物性変化を解明するために、ダイヤモンドアンビルセルで高圧力を印加したε-FeOOH試料の音響フォノンによるX線非弾性散乱と、鉄イオンによるメスバウアー吸収の分光測定に取り組んだ。非弾性散乱から求めた弾性波速度はスピン転移前後で低下がみられ、メスバウアースペクトルは同じ圧力範囲でスピンの入れ替わりを示した。この結果は弾性の変化と転移の関係を明確に示す成果であり、国内学会で発表を行った。また、メスバウアースペクトルはスピン転移より低い8万気圧において、四極子シフトの変化を示した。これは磁気モーメントの方向が入れ替わるスピンフロップ転移に相当する。この圧力領域の先行研究は多数存在するにも関わらずスピンフロップの報告はなされていなかったため、この転移の発見は世界初であり、国際誌に投稿し掲載された。

鉄水酸化物ε-FeOOHはOH基の形態で水を含む含水鉱物であり、地球内部の核マントル境界への水輸送を担う鉱物の一つと考えられている。輸送された水は核の鉄と化学反応を起こすと考えられており、その結果FeOOHなどの含水鉱物が生成される可能性がある。地球内部の高圧力条件における鉱物の物性（ふるまい）の情報は地球のダイナミクスの理解に不可欠であり、本研究ではε-FeOOHの物性の解明を目指している。ε-FeOOHは45万気圧で鉄イオンの電子配置が切り替わるスピン転移が起きることが知られており、物性への影響が予想される。本年度は、この鉄スピン転移のメカニズムや伴われる物性変化を解明するために、ダイヤモンドアンビルセルで高圧力を印加したε-FeOOH試料の音響フォノンによるX線非弾性散乱と、鉄イオンによるメスバウアー吸収の分光測定に取り組んだ。非弾性散乱から求めた弾性波速度はスピン転移前後で低下がみられ、メスバウアースペクトルは同じ圧力範囲でスピンの入れ替わりを示した。この結果は弾性の変化と転移の関係を明確に示す成果であり、国内学会で発表を行った。また、メスバウアースペクトルはスピン転移より低い8万気圧において、四極子シフトの変化を示した。これは磁気モーメントの方向が入れ替わるスピンフロップ転移に相当する。この圧力領域の先行研究は多数存在するにも関わらずスピンフロップの報告はなされていなかったため、この転移の発見は世界初であり、国際誌に投稿し掲載された。