Neutron diffraction study of hydrogen site occupancy in FeSi at 14.7 GPa and 800 K

14.7GPa and 800KにおけるFeSi中の水素席占有率の中性子回折による研究

森 悠一郎*; 鍵 裕之*; 柿澤 翔*; 小松 一生*; 市東 力*; 飯塚 理子*; 青木 勝敏*; 服部 高典   ; 佐野 亜沙美   ; 舟越 賢一*; 齋藤 寛之*

Mori, Yuichiro*; Kagi, Hiroyuki*; Kakizawa, Sho*; Komatsu, Kazuki*; Shito, Chikara*; Iizuka, Riko*; Aoki, Katsutoshi*; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Funakoshi, Kenichi*; Saito, Hiroyuki*

地球のコアは、対応する圧力温度条件下で純鉄よりも密度が10%低いため、いくつかの軽元素を含んでいると考えられている。水素はその有力候補であるため、これまで主にFe-H系の相平衡関係や物性が調べられてきた。この研究では、14.7GPaおよび800Kでのhcp-FeSi水素化物の重水素のサイト占有率を調べるために、その場中性子回折実験によりFe-Si-Hシステムを具体的に調べた。リートベルト解析の結果、hcp-FeSi水素化物はhcp格子の格子間八面体サイトにのみ重水素(D)が0.24(2)占有することが判明した。Feに2.6wt%Siを添加する(つまりFeSi)ことによるDのサイト占有率への影響は、Fe-D系の先行研究で得られた結果と比較して無視できる程度であった(Machida et al., 2019)。

The Earth's core is believed to contain some light elements because it is 10% less dense than pure Fe under the corresponding pressure and temperature conditions. Hydrogen, a promising candidate among light elements, has phase relations and physical properties that have been investigated mainly for the Fe-H system. This study specifically examined an Fe-Si-H system using in-situ neutron diffraction experiments to investigate the site occupancy of deuterium of hcp-FezSi hydride at 14.7 GPa and 800 K. Results of Rietveld refinement indicate hcp-FeSi hydride as having deuterium (D) occupancy of 0.24(2) exclusively at the interstitial octahedral site in the hcp lattice. The effect on the site occupancy of D by addition of 2.6 wt% Si into Fe (FeSi) was negligible compared to results obtained from an earlier study of an Fe-D system (Machida et al., 2019).