コンテナレス法で作製された高純度かんらん石ガラスの特異な構造

Unusual structure in forsterite glass synthesized by an aero-acoustic levitation technique

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 竹内 謙*

Kohara, Shinji*; Suzuya, Kentaro; Takeuchi, Ken*

主要な造岩鉱物であるかんらん石(MgSiO)は、酸素イオンが六方最密充填を持つように、独立したSiO四面体と稜共有によるMgO八面体群が配列している斜方晶であるが、SiOの含有率が33.3mol%と小さいことから通常の融体急冷法で高純度のガラスを得ることが困難である。われわれは、レーザー加熱されたかんらん石融体を不活性ガスと音波で無容器で浮遊させ、レーザーの急断による緩やかな冷却で高純度ガラスを得た。得られたガラスの構造を高エネルギーX線回折,中性子回折を併用し、逆モンテカルロシミュレーションにより解析した。その結果、かんらん石ガラスでは、通常のガラスにおいて主要なネットワーク形成ユニットであるSiO四面体は単量体もしくは二量体のみを形成してネットワークを作らず、MgO, MgO, MgO多面体の頂点及び稜共有により形成されるMg-Oネットワークによってガラス構造が支えられていることが明らかとなった。

Forsterite MgSiO exhibits an orthorhombic structure consisted of two kinds of MgO octahedra. If forsterite can be vitrified, an interesting question concerning the glass structure arises because there is insufficient glass forming SiO to establish the corner-sharing SiO tetrahedral network needed in conventional silicate glasses. A bulk MgSiO glass was synthesized using an aero-acoustic levitation technique and to visualize the short- to intermediate-range structure by a combined high-energy synchrotron X-ray and neutron diffraction and reverse Monte Carlo computer simulation. We found that the role of network former is largely taken on by corner- and edge-sharing ionic magnesium species that adopt 4-, 5- and 6-coordination.