Neutron diffraction experiment on -AlOOH and investigation of symmetrization of hydrogen bond

中性子回折実験による-AlOOHの水素結合対称化に関する研究

佐野 亜沙美   ; 服部 高典   

Sano, Asami; Hattori, Takanori

地球の下部マントルに相当する高温・高圧力下で安定であると報告されている鉱物にはいくつかあるが、第一原理計算によりその全てにおいて水素結合の対称化がおきていると予言されている。このうち-AlOOHでは、高圧下におけるX線回折実験やブルリアン散乱により、圧縮挙動や音速の変化が報告されている。本研究ではこれらの物性変化と、水素結合の対称化の関連を探るために、J-PARC、物質・生命科学実験施設の超高圧中性子回折装置PLANET高圧下中性子散乱実験を行った。実験では、-AlOOHについて、021反射の強度が高圧下で弱くなっていくのが観察された。これはからへの相転移を示唆しており、以前の単結晶X線回折実験の結果と調和的である。一方、差フーリエ解析では、水素の分布が二つの山をもっているのが確認され、への相転移は水素がディスオーダーしたことによるものと考えられる。D化した試料では相転移圧が高圧側に移動することも明らかになった。

To investigate the relation between the symmetrization of hydrogen bond and change of physical properties in the hydrous mineral of the -AlOOH, we conducted neutron diffraction experiments at the high-pressure neutron diffractometer PLANET in the J-PARC. We observed the disappearance of 021 reflection at high pressure in -AlOOH which indicates the transition from the structure with asymmetric hydrogen bond () to that with disordered or symmetric hydrogen bond (), in agreement with previous single crystal X-ray diffraction study. On the other hand the transition pressure is higher in -AlOOD, which was determined to be 12 GPa. The detail about the hydrogen distribution around the transition pressure and its relevance to the change of compressibility and anomalies in sound velocities will be discussed.