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

服部 高典   ; 佐野 亜沙美   ; 稲村 泰弘  ; Yagafarov, O.*; 片山 芳則*; 千葉 文野*; 大友 季哉*

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

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。この状態で、そのまま減圧・回収すると密度は元に戻るが、高圧下で加熱し、減圧・回収すると、高密度の状態が保持される(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、RMC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 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, coupling with previously reported X-ray data. We have constructed 3-dimensional atomic arrangements by Reverse Monte Carlo simulation. 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.