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論文

Energy-dispersive X-ray diffraction study of liquid gallium under high pressure at elevated temperatures

Yagafarov, O.; 片山 芳則; Brazhkin, V. V.*; Lyapin, A. G.*; 齋藤 寛之

High Pressure Research, 33(1), p.191 - 195, 2013/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.54(Physics, Multidisciplinary)

The structure of liquid gallium has been studied along the melting curve from 0.64 GPa to 5.6 GPa by the energy dispersive X-ray diffraction technique, followed by modeling of the experimental data by the reverse Monte-Carlo (RMC) method. Analysis of the structure factor $$S(Q)$$ and the radial distribution function $$g(r)$$ shows that anisotropic local structure of liquid Ga deviates from that of a simple hard-sphere-like liquid metal structure. Its contraction is non-uniform, and the local structure changes with increasing pressure. Analysis of the radial distribution function $$g(r)$$ by a distorted-crystalline model shows that at lower pressures liquid consists of two species similar to the solid Ga I and Ga II structures. The fraction of Ga I-like part is about $$0.2pm0.05$$ at 0.64 GPa, and it gradually decreases under pressure to zero at approximately $$7.5pm0.5$$ GPa.

口頭

Angle dispersive X-ray diffraction measurements for synthetic studies using multi-anvil press

齋藤 寛之; 遠藤 成輝; 町田 晃彦; 片山 芳則; 青木 勝敏

no journal, , 

Recently, we have developed an in situ X-ray diffraction measurement system in the angle dispersive mode for synthetic studies using a cubic-type multi-anvil press. The angle dispersive method, which allows collection of whole Debye rings, provides information on the size of crystal grains and the process of crystal growth. Although the limited apertures for the incident and diffracted X-rays make it difficult to obtain X-ray diffraction profiles in the angle dispersive mode, acquired data set is useful to clarify reaction mechanism and synthetic process. The obtained information is useful not only for further synthetic study but also for basic science.

口頭

Infrared and Raman spectra of water under pressure via first principles molecular dynamics

池田 隆司

no journal, , 

赤外吸収あるいはラマン散乱による分子振動スペクトロスコピーは物質の可能な相の探索に熱力学状態によらず広く用いられている。冨永らにより水の赤外吸収及びラマン散乱実験が系統的に行われた。彼らは、1600cm$$^{-1}$$付近に存在する変角振動モードが赤外スペクトルでは常温常圧から超臨界状態へ変化させても振動数も振動子強度もほとんど変化しないのに対して、ラマンスペクトルでは変角振動モードの強度のみが急激に減少することを報告している。そこで本研究では、第一原理分子動力学に基づいた赤外吸収及びラマン散乱スペクトルの解析法を構築し、それを常温常圧水と超臨界水に適用することにより、冨永らによって報告された変角振動モードの強度変化が再現されることを示す。

口頭

Determination of a phase diagram of TiH$$_{2}$$ at high pressures and high temperatures for development of novel Ti-based hydrides

遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 片山 芳則; 青木 勝敏

no journal, , 

The phase diagram and the equation of state (EoS) of TiH$$_{2}$$ at high pressures and high temperatures (HPHT) conditions are necessary (1) to detect the formation of TiH$$_{2}$$ by disproportional reactions of Ti-based alloys at HPHT and (2) to investigate chemical reactions between TiH$$_{2}$$ and other metal hydrides, which would yield new Ti-based alloy hydrides at HPHT. To our knowledge, few HPHT studies have examined TiH$$_{2}$$. Moreover, the phase diagram of TiH$$_{2}$$ was not determined and the EoS of TiH$$_{2}$$ was not reported. Hence, a more detailed study of TiH$$_{2}$$ at HPHT is necessary. In the present study, we clearly determine the phase diagram of TiH$$_{2}$$ at HPHT, and are the first to report the EoS of TiH$$_{2}$$ with an fcc phase. Compression induced strain inhibits the phase transition from the low-temperature bct phase to the high-temperature fcc phase, making the phase diagram difficult to determine.

口頭

Intermediate-valence Yb-based quasicrystals

綿貫 徹; 川名 大地*; 町田 晃彦; Tsai, A. P.*; 柏本 史郎*; 田中 幸範*; 石政 勉*; 山崎 照夫*; 佐藤 卓*

no journal, , 

非整数価数イオンが準周期配列した系は、電荷・スピンの自由度を持っており、価数揺動、あるいは、準周期電荷秩序や電荷ガラス、準周期磁気秩序やスピングラスなどさまざまな新奇な状態の出現が期待される。われわれは、Yb系準結晶に着目して中間価数準周期系の創出及び探索を行っている。Cd-Yb準結晶及びCd-Mg-Yb準結晶を加圧することにより、常圧では2価のYbを2価・3価の中間価数状態にして非整数価数イオンが準周期配列した系を創り出した。また、最近合成されたAu-Al-Yb準結晶についてはX線吸収分光測定の結果、Ybが2.61価と常圧でも中間価数状態を取っていることを明らかにした。

口頭

Tetragonal distortion and successive disproportionation reaction of fcc lanthanum dihydride under high pressure

町田 晃彦; 服部 高典; 本田 充紀*; 佐野 亜沙美; 綿貫 徹; 片山 芳則; 青木 勝敏; 小松 一生*; 有馬 寛*; 大下 英敏*; et al.

no journal, , 

希土類金属2水素化物は蛍石(CsF$$_2$$)型構造を持ち、水素原子は理想的にはfcc格子を組む金属が作る四面体サイトに位置している。これまでに高圧下放射光X線回折や赤外分光測定によってLaH$$_2$$が高圧下で水素濃度の高い相と低い相の2相に分解することが明らかにされている。この分解前の状態においてfcc金属格子がわずかに歪んだ正方格子となることを発見した。LaH$$_{2+delta}$$においては八面体サイトに侵入した水素が秩序化することで正方格子になると考えられている。したがって、高圧下で観測されたLaH$$_2$$の正方格子への転移や分解反応は四面体サイトから八面体サイトへの水素の格子間移動によるものと考えられる。そこでわれわれはJ-PARC物質・生命科学実験施設においてLaD$$_2$$の高圧下中性子回折実験を実施し、高圧下における水素の位置や占有率の変化を調べた。

口頭

6-rams multi-anvil press for neutron diffraction experiment

佐野 亜沙美; 服部 高典; 有馬 寛*; 山田 明寛*; 内海 渉; 八木 健彦*

no journal, , 

水の存在は鉱物や岩石の物性を大きく変えるため、地球深部で重要な役割を果たしていると考えられている。J-PARC MLFの超高圧中性子回折装置BL11(PLANET)は、高温高圧条件下にある物質の中性子散乱実験によりこの役割を明らかにしようとするものである。高圧発生装置としては6軸型マルチアンビルプレス"圧姫"が導入された。プレスは1軸あたり最大荷重500トンの油圧ラムが6つ、フレームに取り付けられた構造で、アンビルストロークを精密に同期するように制御される。3つの実験モードが使用可能であり、(1)6つのラムを用いて中心部の試料を等方的に圧縮するモード、(2)上下のラムを用いて1軸圧縮するモード、(3)高荷重下で水平面内の向かい合った軸を前進させて圧縮応力を発生させる変形実験モード がある。通常の等方圧縮モードの場合、先端サイズ10mmの6-6アンビルを使用すると外径4mm,高さ4mmのサイズを稼ぐことができる。Biの電気抵抗測定による圧力発生試験では先端サイズ7mmの2段目6-6アンビルの場合644kNで、10mmの先端サイズの場合1390kNで7.7GPaの圧力発生が確認された。プレスの設計の詳細と試運転結果について発表する。

口頭

Development and application of hybrid anvil technique for single-crystal magnetic neutron diffraction

長壁 豊隆

no journal, , 

3GPa以上の高圧力下で単結晶中性子磁気回折を行うため、最近、MP35N合金で支持されたSiCアンビルとWCを組合せて対向アンビルとしたハイブリッドアンビル技術を開発した。この技術を用いて加圧テストした結果、3.8トンの荷重で、非常に安定して10GPaの圧力を発生させることができた。また、圧縮率が小さく、高圧力下で良い静水圧性を持つ圧力媒体を探索した。その結果、グリセリンが少なくとも7GPa程度までこの条件を満たし、単結晶回折実験に適していることを発見した。さらに、微小な試料を用いる高圧実験のために、多くの中性子スーパーミラーを備えた熱中性子集光デバイスを開発した。これらの技術要素を用いて、これまでにJRR-3において高圧力下単結晶中性子磁気回折実験を精力的に行ってきた。一例として、10.5GPaまでの高圧力下で行った充填スクッテルダイト化合物PrFe$$_{4}$$P$$_{12}$$の実験について紹介する。

口頭

Magnetic properties of HoB$$_2$$C$$_2$$ under high pressure; A Single-crystal neutron diffraction study

山内 宏樹; 長壁 豊隆; 松岡 英一*; 小野寺 秀也*

no journal, , 

We carried out single-crystal neutron diffraction experiments under high pressure on HoB$$_2$$C$$_2$$ showing both of the antiferroquadrupolar (AFQ) and antiferromagnetic (AFM) orders to clarify the pressure effects on the competitive AFQ + AFM order through the alteration of the magnetic structure represented by $$k_1$$ = (1, 0, 0) and $$k_2$$ = (0, 1, 1/2). The high-pressure experiments reveal that the AFQ ordering in HoB$$_2$$C$$_2$$ is extremely pressure sensitive and is suppressed by pressure below 4 GPa whereas the pressure enhances the AFM interactions up to 9.8 GPa. The suppression of the AFQ ordering can be interpreted as being due to the restriction of the local strain associated with the AFQ transition by applying pressure. Above 4 GPa, we find the new pressure-induced phases, phase AFM1 and AFM2, where HoB$$_2$$C$$_2$$ transforms into the magnetic structures represented by $$k_1$$ + $$k_L$$ ($$k_L$$ = (1 + $$delta$$, $$delta$$, 0), $$delta$$ $$sim$$ 0.1) and $$k_1$$, respectively.

口頭

Properties of hydrogen-ordered ices under pressure

深澤 裕

no journal, , 

J-PARC及びオークリッジ国立研究所のHFIRにて、圧力下における氷の中性子回折を測定した。水素の秩序化した強誘電性氷がアモルファス氷から生成することを新たに見いだした。この結果は、宇宙の氷天体の内部に強誘電性氷が存在することを示唆している。これらの氷の赤外吸収のスペクトルを測定しており、そのスペクトルも通常の氷と大きな違いがあることを明らかにした。

口頭

New high-pressure neutron beamline PLANET in J-PARC

服部 高典; 佐野 亜沙美; 有馬 寛*; 永井 隆哉*; 内海 渉; 飯高 敏晃*; 鍵 裕之*; 片山 芳則; 井上 徹*; 八木 健彦*

no journal, , 

超高圧中性子回折装置PLANETは、新学術領域研究及び学術創成研究の科学研究費補助金資金のもと、東海村のJ-PARC/物質・生命科学研究施設に建設されている高圧専用の粉末回折装置である。その最大の特徴は一軸あたり500トンの最大荷重を持つ6油圧6軸型の大型高圧プレス(通称:圧姫)を分光器室内に導入し、高圧高温(20万気圧、2000K以上)における物質(結晶・液体)の状態を、中性子回折,中性子イメージング技術を使ってその場観察できる点である。回折実験は中性子源のパルス性を生かし、飛行時間型の測定で行われ、中性子源から出てくる白色中性子を余すことなく実験に用いている。装置性能として、測定可能なdレンジ:0.21-4.2A、測定分解能:$$Delta$$ d/d=0.5%を持つ。当分光器は、集光ミラーを用いて、強度と分解能をバーターすることができるようになっており、高圧地球科学者のみならず全国の高圧研究者の幅広い要望に応えられるように設計がなされている。

口頭

The Existence of dense ferroelectric ice under high pressure

関根 由莉奈; 深澤 裕; 荒川 雅*; 阿部 淳; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 内海 渉; 有馬 寛*; 上床 美也; 小松 一生*; et al.

no journal, , 

The existence of a ferroelectric ice, named ice XI, at atmospheric pressure have been predicted; however it is not clear whether other ferroelectric ices exist or not under high pressure, because of a difficulty of in-situ high-pressure neutron experiment. We first measured neutron diffraction of powder ice crystal under 1.4 GPa and 60 K. From a new developed high-pressure cell for an intense pulsed-neutron beam, we observed that the diffraction profile has a peak at 0.206 nm, which is consistent with a ferroelectric ice, predicted by simulation studies. Any peak of antiferroelectric ice is not observed. This result suggests that the dense ferroelectric ice is a low temperature structure of ice VI. The dense ferroelectric ice exists in an interior of cool icy body. The ice, possessing the ability to storage an electric charge, could have had important effects on electric and physical properties of cool planets and satellites.

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