Guyaniteの高圧中性子実験とDH同位体効果

Investigation of DH isotope effect in guyanite using high-pressure neutron diffraction experiment

佐野 亜沙美   ; 服部 高典   ; 舟越 賢一*; 阿部 淳*; 町田 真一*

Sano, Asami; Hattori, Takanori; Funakoshi, Kenichi*; Abe, Jun*; Machida, Shinichi*

Guyanite(-CrOOH)は重水素化により格子体積が膨らむ(V = V - V 0)ことが知られているが、高圧下ではその差は小さくなり、約4GPa近辺でVがゼロに近づくことが報告された。これは水素同位体の部分分配係数が鉱物の構造および圧力により複雑に変化しうることを示唆している。本研究ではこの現象の起源を結晶学的な観点から明らかにすることを目的とし、常圧下での-CrOOHおよび-CrOODの構造の比較を行うとともに、-CrOODについて高圧下中性子回折実験をJ-PARC、MLF内BL11 (PLANET)で行った。常圧下における比較では、-CrOOHでは水素が二つの酸素間の中心を挟んだ等価な位置でディスオーダーしている一方、CrOODでは非対称な分布を示しており、重水素化により結晶構造が変化することが示された。Vは0.378(5) と、以前報告された値とほぼ同等であった。一方、-CrOODについての高圧実験では、6GPa付近にて重水素がディスオーダーし、常圧下の-CrOOHと同じ構造となることが確認された。発表ではギアナイトにおけるVの複雑な圧力変化と水素結合の強さとの関連を議論する。

Guyanite is known to have large DH isotope effect on the unit cell volume. However the previous X-ray diffraction study has indicated that this volume difference merges at around 6 GPa. In order to explain the cause of this phenomenon from the crystallographic view, neutron diffraction experiment was conducte at BL11 in MLF, J-PARC. We observed the change in deuterium distribution from order to disorder at this pressure at 6 GPa. In the presentation, the relation between the change of hydrogen bond geometry and reduced partition function ratio will be discussed.