Bulk moduli and equations of state of ice VII and ice VIII

氷VII相およびVIII相の体積弾性率と状態方程式

Klotz, S.*; 小松 一生*; 鍵 裕之*; Kunc, K.*; 佐野 亜沙美   ; 町田 真一*; 服部 高典   

Klotz, S.*; Komatsu, Kazuki*; Kagi, Hiroyuki*; Kunc, K.*; Sano, Asami; Machida, Shinichi*; Hattori, Takanori

重水素化した氷VII相及びVIII相の圧縮挙動を、93-300K、2-13.7GPaの温度圧力領域にわたって、高圧中性子散乱によって調べた。その結果から、正確な体積弾性率B,その圧力微分B'及び常圧下での体積Vを含む状態方程式を決定した。このように決めた状態方程式は、過去のX線データと比べて氷VIIの安定領域のほほ全域を、また氷VIIIに関しては、約13GPaまでをカバーしている。両者の圧縮挙動に関して、低圧域では区別できないが、7GPa以上の圧力では氷VIIは予想以上に固くなることが分かった。これは、今回の圧力温度領域において過去の氷VIIIの研究[D.D. Klug et al., Physical Review B, 70, 144113 (2004)]で報告されている異常なフォノン硬化と関係しているかも知れない。

The compression behaviour of deuterated ice VII and VIII was investigated by high pressure neutron scattering in the pressure range 2-13.7 GPa between 93 K and 300 K. We establish equations-of-state which contain accurate values for the bulk moduli B, their pressure derivatives B', as well as the ambient pressure volumina V. These equations-of-state hold over a large part of the stability domain of ice VII, by comparison with available X-ray data, and to at least 13 GPa for ice VIII. They are indistinguishable at low pressures, but beyond 7 GPa and at low temperatures ice VIII appears to become stiffer than expected. This might be related to an anomalous phonon hardening observed previously in ice VIII in this range [D.D. Klug et al., Physical Review B, 70, 144113 (2004)].