米国パルス中性子施設SNSのSNAPにおける高圧中性子実験

High-pressure neutron diffraction experiment at SNAP, SNS

佐野 亜沙美   ; 服部 高典   ; 内海 渉; 小松 一生*; 鍵 裕之*; 永井 隆哉*

Sano, Asami; Hattori, Takanori; Utsumi, Wataru; Komatsu, Kazuki*; Kagi, Hiroyuki*; Nagai, Takaya*

米国オークリッジ国立科学研究所(ORNL)内にあるSNSはJ-PARCと同じく高強度のパルス中性子施設である。今回は含水鉱物-AlOOH相内に形成された強い水素結合の圧力応答を調べることを目的としてパリ-エジンバラプレスを用いた高圧実験をSNAPにて行ってきたので、その様子を報告する。この含水鉱物は常圧下において強い水素結合を形成しているが、第一原理計算により水素が二つの酸素間の中心に位置する水素結合の対称化が高圧下で起きると予測されている。既に重水素化物(AlOOD)についての9.2GPaまでの中性子回折実験は行っているが、対称化の直接観察には至っていなかった。そこで同位体効果からより低圧で対称化が起きると予測される水素化物(AlOOH)についての実験を実施した。さまざまなジオメトリーや遮蔽を試し、最終的には常温において異なる荷重で612時間程度データを収集しながら、最終的には100ton, 7GPaまでのデータを取得した。空間群P2nmに固有なピークが弱くなっていくのが観測され、高圧下において水素がディスオーダーもしくは対称化した際の空間群Pnnmへの相転移が示唆される。

-AlOOH, distorted rutile type oxyhydroxide, is an important hydrous mineral in the deep earth that has the ability to transport hydrogen into the lower mantle. Theoretical studies have pointed out that hydrogen would locate at the center between two oxygen atoms at high pressure, which is so called symmetrization of the hydrogen bond. To investigate the pressure response of strong hydrogen bond -AlOOH, we conduct neutron diffraction experiment at SNAP in SNS. Neutron diffraction patterns of -AlOOH was measured on SNAP to 7 GPa. The intensity of the peak that is only observed in the space group P2nm become weak at high pressure suggesting the transition to H-disordered or symmetric hydrogen bond model with Pnnm.