J-PARC超高圧中性子回折装置を用いた石英ガラスの高圧中性子回折実験

High-pressure neutron experiments on SiO glass using J-PARC high-pressure neutron diffractometer PLANET

服部 高典   ; Yagafarov, O.*; 片山 芳則; 佐野 亜沙美   ; 齋藤 寛之; 千葉 文野*; 稲村 泰弘  ; 鈴谷 賢太郎; 大友 季哉*

Hattori, Takanori; Yagafarov, O.*; Katayama, Yoshinori; Sano, Asami; Saito, Hiroyuki; Chiba, Ayano*; Inamura, Yasuhiro; Suzuya, Kentaro; Otomo, Toshiya*

石英ガラスはSiO四面体を構成ユニットとしたガラスである。SiO四面体で多員環(中距離秩序)をつくっているため構造中に隙間が多く、加圧により密度の顕著な増加が見られる。常温下で約8GPaまで加圧すると、中距離構造に変化を起こし、密度が約20%増加する。この常温下での加圧では、構造緩和が起きないために、脱圧後、密度が元に戻る。一方、高圧下で加熱すると構造緩和が起き、回収後も高密度状態が保たれ、通常のガラスに比べ最大で20%ほど密度の高いガラスが得られる(永久高密度化)。この永久高密度化の微視的機構に関して、これまでいろいろ調べられてきたが、その微視的機構に関して、いまだよく分かっていない。今回、それを明らかにするために、最近J-PARCに建設した「超高圧中性子回折装置PLANET」を用いて中性子その場観察を行った。永久高密度化ガラスと、永久でない高密度化ガラスの構造の比較を行い、何が構造変化の不可逆性を決定しているかを議論した。

SiO glass consists of SiO tetrahedra. This glass is easily densified by applying pressure, due to its relatively sparse network ring formed by the linkage of tetrahedra. The density increase amounts to 20% by room temperature compression to 8 GPa. This increase is, however, released after decompression because of insufficient structural relaxation. On the other hand, the heating at high pressures promotes the structural relaxation, resulting in permanent densification of 20% at most. The mechanism of this densification has been investigated so far, but the microscopic origin is still to be revealed. So, we performed in-situ high-pressure neutron experiments at newly constructed high-pressure neutron beamline PLANET in J-PARC. We will discuss the origin of the reversibility in the densification.