Partially ordered state of ice XV

氷XV相における部分的な秩序化

小松 一生*; 則竹 史哉*; 町田 真一*; 佐野 亜沙美   ; 服部 高典   ; 山根 崚*; 鍵 裕之*

Komatsu, Kazuki*; Noritake, Fumiya*; Machida, Shinichi*; Sano, Asami; Hattori, Takanori; Yamane, Ryo*; Kagi, Hiroyuki*

氷には17種類もの多形があるが、高圧低温状態で現れるとされる氷XV相の構造と性質には多くの矛盾があり、氷の未解決問題の一つとなっていた。本研究では、氷XV相の低温高圧下で中性子回折の直接観察を行い、氷XV相が異なる水素配置を持つ複数のドメインからなる部分秩序相であることを明らかにした。この結果は氷XV相に関する過去の研究の矛盾点を解消でき、さらに、氷の多形において秩序相,無秩序相に加え、部分秩序相という第3の状態を考慮に入れる必要があることを示唆するものである。

We investigate in-situ neutron diffraction measurements and density functional theory calculations to revisit the structure and stability of ice XV. We find that none of the completely ordered configurations are particular favored; instead, partially ordered states are established as a mixture of ordered domains in disordered ice VI. This scenario in which several kinds of ordered configuration coexist dispels the contradictions in previous studies. It means that the order disorder pairs in ice polymorphs are not one-to-one correspondent pairs but rather have one-to-n correspondence, where there are possible configurations at finite temperature.