Date: 15:30 – 17:30, Friday, October 9, 2020

日時: 2020年10月9日(金)15:30 – 17:30

講演者:柿澤 翔(広島大)

Speaker: Sho Kakizawa (Hiroshima Univ.)

タイトル:hcp-FeHxの水素位置の解明: 高温高圧下における中性子回折実験法の開発

Title: Investigation of hydrogen positions in hcp-FeHx: technical development of neutron diffraction experiment under HP-HT condition 

鉄水素化物の研究は、古くから物性物理学や地球科学の研究者によって行われてきており、純鉄が水素化すると相図が大きく変化することが知られている。純鉄では、bcc, fcc, hcp相が安定であり、鉄水素化物ではbcc, fcc, dhcp相が安定だと考えられてきた。しかしながら、近年の我々の研究から低水素条件であればhcp相が安定に存在できることが明らかになった。そこで高温高圧下における中性子回折を用いてhcp相の水素位置や水素化に伴う体積膨張率の決定を試みた。
 一方で、高温高圧下における中性子回折実験方は、未だ発展途上の技術であり実験可能な圧力は12 GPaまでにとどまっている。そこで、実験可能な圧力範囲の拡大と実験時間の短縮を目的に実験技術開発を行った。これまで定常的に行われているMA6-6という実験法では最大15 GPaの圧力発生限界があり、それ以上の圧力発生は困難である。そこで30 GPa以上の圧力を発生可能なMA6-8という実験法を中性子回折に最適化する方針で実験開発を行った。MA6-8はMA6-6に比べ開口角が狭いため、回折中性子の強度が弱いことが予測される。そのため、開口角を広くする工夫を行った。また、試料体積をできるだけ大きく取りつつ高温高圧発生可能な高圧セルの開発も行った。以上のような開発により、発生圧力の向上には至らなかったものの12 GPa, 1000 Kまでの実験に成功した。また、回折中性子強度はMA6-6と同等の強度を得ることに成功し、MA6-8による中性子回折実験法の有用性を示せた。

Speaker: Xuejing He

Title: Compressibility and blue-shifting hydrogen bond of magnesium hydroxyfluoride, Mg(OH)F

 Hydrous minerals transport water deep into the Earth’s mantle via subduction slabs, forming a significant part of global water circulation. Highly mobile in fluids, halogens (F, Cl, Br, and I) are together transported in subduction zones. The nearly equal radii permit F- to be incorporated into hydrous minerals in moderate amounts by substituting OH-, and fluorine is supposed to be the most abundant halogen in the mantle. While water plays an important role in deep Earth’s operation by changing melting temperature, viscosity, and diffusion rate of mantle materials, studies have shown that fluorine could affect minerals’ water storage capacity and phase transition conditions, which would definitely result in changes of physical properties and phase stability.
 Herein, compressibility and spectroscopic properties of magnesium hydroxyfluoride, Mg(OH)F, have been investigated by in-situ synchrotron X-ray diffraction and FT-IR spectroscopy in a diamond anvil cell up to ~20 GPa at room temperature. Without any phase transition being observed, the pressure-volume correlation is well fitted by the third-order Birch-Murnaghan equation of state with K0 = 72(±3) GPa, K0′ = 4.4(±0.3), V0 = 145.4(±0.2) Å3. Identical to the other compounds crystallizing in the diaspore-type str ucture, higher contraction occurs along the c direction of Mg(OH)F, which we attribute to channels between the double-octahedral chains. Locating at 3679 cm-1, 3645 cm-1, and 3535 cm-1 under ambient conditions, the O-H stretching mode frequencies suggest that the hydrogen-bonding interaction between hydrogen and fluorine is weak. The negative pressure dependence of the O-H stretching mode frequencies indicate that the O-H covalent bond shortens and the O-H⋯F hydrogen bond does not strengthen under compression. Other fluorine-bearing minerals such as brucite and phase A will be further investigated by structural and spectroscopic analyses to understand fluorine’s substitutional effects on compressibility and hydrogen-bonding geometry of hydrous minerals under high pressure.