X線及び中性子回折によるSiOガラスの高温高圧下での相転移/緩和の検証

Verification of the phase transition/relaxation of SiO glass at high-PT condition by in-situ X-ray and neutron diffraction

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*; 町田 真一*; 阿部 淳*; 舟越 賢一*; 岡崎 伸生*

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

石英ガラスはSiO四面体を構成ユニットとした非晶質固体である。四面体が互いに頂点共有し、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、加圧により顕著な密度の増加が見られる。常温下で約8GPaまで加圧すると、中距離構造が変化し、密度が約20%増加する。常温下では、構造緩和が起きないために、脱圧後、密度が元に戻るが、高圧下で加熱すると構造緩和が起き、常圧下に回収した後も高密度状態が保たれる(永久高密度化)。本研究ではこれらの高密度化の微視的機構を調べるために、J-PARC高圧ビームラインPLANETにて、約17GPaまでの室温高圧、及び約10GPaまでの高温高圧下の中性子回折実験を行った。得られたS(Q)と、過去の高圧X線回折で得られているS(Q)を用いて、リバースモンテカルロシミュレーションを行い、原子の3次元配列モデルを導出した。本講演では、得られた構造モデルを基に、高圧常温及び高圧高温下における高密度化機構及びその違いに関して議論する。

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 retained at ambient condition once the structure is relaxed by being heated at high pressures. In this study, the mechanism of the densification at room-temperature and high-temperature has been investigated by in-situ high-pressure neutron diffraction at high-pressure neutron beamline PLANET in J-PARC. Then, we have constructed 3-dimensional atomic arrangements by Reverse Monte Carlo simulation, coupling with previously reported X-ray data. In this talk, the mechanism of densification at room-temperature and high-temperature and their differences will be discussed based on the obtained atomic arrangements.