Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

水素結合 / 高圧 / 中性子回折 / 振動分光 / 重炭酸 / マントル / ラマンスペクトル / 赤外スペクトル / 相転移 / 流体 / 水 / ダイヤモンド / 地球内部 / 分光学

地球内部物質、特に上部マントルを構成する物質には水が構造中に取りこまれる。水素の取りこみによって、地球内部の溶融関係、岩石の変形挙動などに大きな変化が起こりうることが知られている。
本研究では含水ケイ酸塩鉱物をはじめとするさまざまな含水素物質の高圧での物性変化を分光学的手法や中性子回折のその場観察で明らかにすることができた。特に研究の後期においてカリウム重炭素塩の高圧下での相転稼を見いだすことができた。詳細は冊子体を参照されたい

相転移 / 放射光 / 化合物半導体 / 超高圧 / アモルファス化 / 高圧 / 低温 / X線回折 / 半導体 / 準安定相

放射光を用いて、低温高圧下でのX線回折実験を行い、圧力および温度を変化させたときの相転移について調べた。低圧結晶相から高圧結晶相への転移およびその逆の転移の他に、高圧結晶相からアモルファス相への転移が起こることを見出した。また、これらの転移の温度-圧力平面での経路依存性を調べた。
GaSbの高圧相は90Kの低温で減圧すると、低圧までクエンチされる。この高圧相は1GPa以下で昇温したときアモルファス相に転移し、1GPaより高圧で昇温すると常圧相のZnS型結晶相に転移する。また、高圧相を温度一定で減圧すると、270K以下ではアモルファス化し、それ以上の温度では常圧結晶相に転移する。
AlSbでは、同様なアモルファス化が2.5GPaおよび260K以下で観測され、この温度-圧力域以外では、常圧相への転移が観測される。InAs、およびCdTeでは、高圧相から常圧相への転移のみが観測される。
これらの結果を配位座標モデルを用いて解析し、相転移の温度変化から相転移の際に越えるポテンシャル障壁の高さを見積り、その圧力依存性を決定した。GaSbとAlSbでは、高圧相からアモルファス相へのポテンシャル障壁の高さの圧力微係数が常圧相へのものよりも大きいことが分かった。また、ある圧力でアモルファス相と常圧相へのポテンシャル障壁の高さの逆転が起こることを見出し、これによって転移の経路による違いを説明できた。
また、これらの結果を、これまで知られているSiおよびGeの結果とあわせて考察することにより、結合のイオン度が大きくなれば、常圧相へのポテンシャル障壁が低くなり、アモルファス化が起きにくくなることを明らかにした。

低温 / 高圧 / X線回折 / 相転移 / アモルファス半導体 / 超伝導

1.低温高圧X線用クライオスタットの製作:ヘリウムガス駆動式の圧力可変のダイヤモンドアンビル型超高圧装置を組み込める液体ヘリウムクライオスタットを製作し, 温度10-300K, 圧力0-20GPaでのX線回折実験を行った.
2.低温高圧下のリンのX線回折実験:黒リンは圧力下で斜方晶から菱面体晶, そして, 単純立法晶に相転移する. 単純立法晶は超伝導を示すが, その転移温度は温度圧力平面上での加圧経路により異なることが報告されている. 低温下での加圧により起こる相転移は転移圧力が高くなり, また低圧相がかなり高い圧力まで残った2相あるいは3相共存状態が続くことがX線回折実験により明らかになった. 室温での斜方晶から菱面体晶への転移圧力は約4.5GPa, 菱面体晶から単純立法晶への転移圧力は約10GPaであるが, 10Kではこの転移開始圧力が約10GPaおよび約15.5GPaとかなり高くなる.
3.水素化アモルファスシリコンのX線回折実験:結晶シリコンは約12GPaでダイヤモンド型半導体相からβ-Sn型金属相へ相転移する. アモルファスシリコンでは結晶より低い圧力で金属化転移が起こる. 室温でのX線回折実験により水素化アモルファスシリコンの圧力誘起相転移が次のように起こることがわかった. まず, 7.5GPaでβ-Sn型に対応するピークが現われ, 10GPa以上では急激に増加するが, 圧力をとり去ると元のアモルファス状態に可逆的に戻る. 対向アンビルでの加圧により出現した正方晶は今回の実験では現われなかった. 20GPaでは結晶シリコンで見られる単純六方晶の結晶に対応するピークが観測された. 低温での加圧実験については現在準備中である.

【研究分担者】
辻和彦	慶應義塾大学	理工学部	助教授	(Kakenデータベース)