【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2025.04.10】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22QS0003
利用課題名 / Title
ペリドタイトガラスの超高圧下における鉄の電子状態とその電気伝導度への影響：地球進化・内部構造におけるメルトの寄与の解明に向けて
利用した実施機関 / Support Institute
量子科学技術研究開発機構 / QST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）その他/Others
キーワード / Keywords
スピン転移,高圧実験,電気伝導度,地球マントル物質,ケイ酸塩ガラス,ダイヤモンドアンビルセル,メスバウアー分光,放射光/Synchrotron radiation
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
増野 いづみ
所属名 / Affiliation
岡山大学惑星物質研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
芳野極
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
三井隆也,藤原孝将
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
マントルの有力候補物質であるペリドタイトガラスの超高圧その場メスバウアー分光および電気伝導度測定を行うことで、鉄のスピン状態や価数などの電子状態および電気伝導度の圧力依存性を観察し、それらの関係を調べる。得られた結果から、先行研究で報告されている約80 GPaにおける鉄のsolid/melt間の分配係数の不連続的変化の原因として鉄の電子状態の変化で説明可能か明らかにすることで、地球深部進化を考察する。
実験 / Experimental
【利用した装置】：放射光メスバウアー分光装置
【実験方法】
試料であるペリドタイト組成（地球マントルモデルの代表的な組成）の鉄を含むシリケイトガラス（MgSiO3 with 9.47wt% FeO, 3.9wt% CaO, 3.01wt% Al2O3）を超高圧発生装置ダイヤモンドアンビルセルに封入後、BL11XUにてメスバウアー分光測定を行った。約160 GPaまでの範囲での常温高圧その場メスバウアースペクトルを取得した。
結果と考察 / Results and Discussion
当初の実験計画通り、17 GPaから150 GPaの範囲で１１の圧力点（P=17, 30, 44, 60, 70, 81, 90, 102, 120, 134, 150 GPa）にてシリケイトガラスの高圧その場メスバウアースペクトルを取得することができた。得られたスペクトルを解析したところ、それぞれFe2＋とFe3＋に由来する２つのダブレットに分解できた（Fig. 1）。また約100 GPa前後でメスバウアースペクトルに変化が観察された。別途岡山大惑星研にて、高圧その場電気伝導度測定を行っており、メスバウアー分光測定で変化が観察された圧力にて電気伝導度の不連続が観察され、鉄のsolid/melt間の分配係数の不連続的変化の原因に関係してくるのか考察を行う予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Representative Mössbauer spectrum of Fe-bearing silicate glass (MgSiO3 with 9.47wt% FeO, 3.9wt% CaO, 3.01wt% Al2O3) at 17 GPa.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・JSPS-科研費若手研究 「ケイ酸塩ガラスの超高圧その場弾性波速度測定から導く最下部マントルのメルトの安定性」
・JSPS-科研費基盤研究S 「川井型マルチアンビル装置による深部マントル研究の新展開」
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Izumi Mashino, Electrical conductivity of siderite and the effect of the spin transition of iron, Physics and Chemistry of Minerals, 51, (2024).
DOI: 10.1007/s00269-024-01283-8
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 芳野極, 増野いづみ, 石井貴之、”含Al, Fe ブリッジマナイトの３価鉄のサイト分配”、第64回高圧討論会（柏）、令和5年11月3日
- 増野いづみ, 芳野極, 三井隆也, 藤原孝将, "高圧下におけるペリドタイトガラスの電気伝導度とスピン状態 ", 第65回高圧討論会（盛岡市）, 令和6年11月14日.
- 増野いづみ, "高圧下における下部マントル物質の電気伝導度と価数およびスピン状態との関係", 日本鉱物科学会2024年年会（名古屋市）, 令和6年9月12日, 招待講演.
- Izumi Mashino, Takashi Yoshino, Takaya Mitsui, Kosuke Fujiwara, Máté Garai, Shigeru Yamashita, "Electrical conductivity of siderite and the effect of the spin transition of iron", Japan Geoscience Union Meeting 2024（千葉市）, 令和6年5月30日.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件