High-pressure neutron experiments on silica glass up to 17 GPa at J-PARC

石英ガラスの17GPaまでのJ-PARCにおける高圧中性子実験

服部 高典   ; Yagafarov, O.*; 片山 芳則; 千葉 文野*; 佐野 亜沙美   ; 稲村 泰弘  ; 大友 季哉*; 舟越 賢一*; 阿部 淳*; 町田 真一*

Hattori, Takanori; Yagafarov, O.*; Katayama, Yoshinori; Chiba, Ayano*; Sano, Asami; Inamura, Yasuhiro; Otomo, Toshiya*; Funakoshi, Kenichi*; Abe, Jun*; Machida, Shinichi*

石英ガラスはお互いにつながったSiO四面体で構成され多員環構造を作っている。そのため構造中に空隙が多く、高圧下で顕著な高密度化が起こる。約8GPaの加圧で、中距離構造を変化させることで最大20%もの高密度化が起こることが知られている。減圧することにより高密度化は解消され元の密度に戻るが、高温下でアニールすると構造緩和が起き、高密度状態が常圧下まで保持されることが知られている。この機構に関して、これまで調べられてきたが、よく分かっていない。この機構を調べる為には、その場中性子回折実験が必要不可欠である。本研究では、約17GPaまでの構造変化を、10GPaまでは6軸型プレス、17GPaをパリ・エジンバラプレスを用いて調べた。入射スリット及び受光ラジアルコリメータにより、高圧セルからのピークの混入のないきれいな回折パターンを得ることができた。本発表では、常温下の構造緩和の無い場合と、高温下の構造緩和がある場合の高密度化に関して議論する。

SiO glass consists of SiO tetrahedra which are mutually connected and forms the many-membered ring. Thus, the glass has large void in its structure, and therefore marked densification is expected under pressure. Actually, it is known that the density increases by 20% on compression to 8 GPa, accompanying the change in the intermediate range order. The density goes back to the original value by decompression, whereas the high-density state is recovered at ambient condition once the structure is relaxed by heating at high pressure. The mechanism has been investigated, but is still unknown. To reveal the mechanism, in situ high-pressure diffraction is indispensable. In this study, we collected data up to about 17 GPa by using 6-axis press below 10 GPa and Paris-Edinburgh press above 10 GPa. Thanks to incident slits and receiving collimator, no peaks from the materials surrounding sample were observed. In the talk, I will discuss differences between the densifications with and without structural relaxation.