Neutron diffraction study on ice VII at high pressure and high temperature

高温高圧下における氷VIIの中性子回折実験

佐野 亜沙美   ; 小林 大輝*; 小松 一生*; 鍵 裕之*; 大平 格*; 柿澤 翔*

Sano, Asami; Kobayashi, Hiroki*; Komatsu, Kazuki*; Kagi, Hiroyuki*; Ohira, Itaru*; Kakizawa, Sho*

氷は氷惑星や氷衛星の主要成分であり、その高温高圧下での挙動を理解することは惑星内部構造の解明に不可欠である。天体内部に相当する高温高圧条件下では水素の移動度が増大し、水素が酸素格子中を高速で拡散する超イオン相の存在が予測されてきた。これまでのX線回折実験では、15GPa以上、900K付近でIce VII相における一次相転移の存在が示唆されているが、水素位置に関する情報は未だ得られていない。本研究では、J-PARCのMLF内PLANETに設置されたマルチアンビルプレスを用いて、氷の高温高圧その場中性子回折実験を行った。実験は約20GPaまでの圧力と高温条件で実施され、先行研究で予測されていた現象と整合的な構造変化が観測された。ただしその安定領域については、これまでの報告とはやや異なる可能性も示唆される結果となった。

Ice is a key component of icy planets and moons, and its behavior at high pressure and high temperature is crucial for understanding planetary interiors. Under such conditions, hydrogen mobility increases, and superionic ice phases have been predicted, where hydrogen diffuses through a static oxygen lattice. Previous X-ray studies suggested a first-order transition of ice VII at pressures above 15 GPa and around 900-1000 K. In this study, we carried out in-situ high-pressure and high-temperature neutron diffraction experiments at PLANET, J-PARC, using the multi-anvil press ATSUHIME' with DO samples. Measurements were performed up to 20 GPa and high temperatures. Structural changes consistent with earlier predictions were observed, though the stability field and detailed behavior appear to differ somewhat from previous reports. A more comprehensive analysis will be presented at the conference.