GRC Ｎｅｗｓ Letter2012. 2.29

No.32

国立大学法人 愛媛大学

地球深部ダイナミクス研究センター〒790-8577 松山市文京町2-5
TEL：089-927-8197（代表）
FAX：089-927-8167
http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/

国をリードしており、大学院に入った当初はそのレベルの高さに驚いたものです。
私に与えられた修士の課題は、当時ダイヤモン
センター長挨拶
ドの包有物から発見されていた Cr の入ったガーセンター構成ネット「knorringite」の安定領域の解明と、そのNEWS＆EVENTS:
多結晶焼結体合成および共振法による弾性定数のヒメダイヤが EOS のトップ記事に決定でした。先輩から単結晶と区別がつかない、
ドイツとの人事交流
透明な多結晶ガーネットを見せてもらい、こんなGRC で学位取得のミシュラ氏が講演会
ものが天然にあるのかと強いインパクトを受けました。しかし、後者の焼結実験は、一応弾性デー
入舩センター長が鳥栖市市民講演会で講演タは得たものの、結局お蔵入りしてしまいました。
ヒメダイヤの製品化
前者についても、国際誌に発表はしたものの、や
第 5 回インターンシップ
はり不十分感がぬぐえず長い間気になっていました。
国際フロンティアセミナー
あれから 30 年、この間色々な研究を行ってきま
ジオダイナミクスセミナー
したが、研究生活初期のやり残しがどうしても頭
新人紹介から離れません。knorringite は、博士課程から
国際会議報告入学した留学生の練習用に再検討してもらい、最インターンシップ報告
近面白い結果が得られました。一方、後者のガー
最新の研究紹介
ネット多結晶体の合成についても、ようやく“光センター機器紹介⑱が見えてきた”気がします。近年、ナノ多結晶ダ特別推進研究ニュース No.8
イヤモンド（ヒメダイヤ）の合成に取り組む中で、良質多結晶体合成のための様々な技術開発をおこ
な い ま し た 。 ま た 大 型多 ア ン ビ ル 超 高 圧 装 置（BOTCHAN-6000）も導入し、この課題に本格的に再挑戦する機が熟したと感じています。
センター長あいさつ
その第一弾として、この一年間卒論生に取り組んでもらったアルマンディン（Fe3Al2Si3O12）ガー入舩 徹男
ネットについては、様々な試行錯誤の後、30 年前に見たのと同様、高い透光性を持つ多結晶体の合私ごとで恐縮で成に成功しました。こうしてできた多結晶体は、すが、私は学部、修
弾性波速度の精密測定などに用いる予定ですが、
士課程、博士課程、宝石としても魅力的であり、思わぬ用途が広がる
博士研究員、そして可能性もあります。BOTCHAN や MADONNA が鎮座し教員時代とこれまている、3 年前に設置された GRC の“SOSEKI LAB”
ですべて違う大学、は、「創石」即ち新しい（宝）石を創る意味が込め
異なる研究分野（地球物理、高圧物性、鉱物学、られています。
地球化学、etc）を渡り歩いてきました。サークル
ヒメダイヤも、最初に合成に成功してから 20や自治会活動などにあけくれた京都から、このま年あまり。学生と一緒に細々と研究を続けてきままではまずいと環境を変えるためにも、修士からしたが、最近 10 年間の企業との研究開発の成果がは名古屋の高圧物性研究室に入れてもらいました。
実り、いよいよ製品として販売が開始されました。
この頃の名大地球科学教室は、多くの分野で我が目

次1我が国で開発された多アンビル装置により、10 万気圧を超える圧力下で合成された物質が製品化された世界初の例です。
折しも GRC では概算要求プロジェクト「大容量超高圧合成装置を用いた超硬物質・高温超電導物質の開発」が、本年度から開始されました。既にヒメダイヤ以外にも、「ナノ多結晶スティショバイ
ト」や、「六方晶ダイヤモンド多結晶体」など、興味深い新物質の合成が相次いでいます。このようなプロジェクトを通じ、地球深部科学という基礎科学の成果が、多少なりとも世の中の役に立つことができれば望外の幸せです。今後も先端的研究や息の長い基礎研究とともに、一方で応用を見据えた研究も推進できればと思います。

❖

上級研究員センター連携部門
土屋 旬（上級研究員（GRC関連））
西原 遊（上級研究員（GRC関連））
出倉春彦（研究員（GRC関連））
募集中 （研究員（GRC関連））❖

教育研究高度化支援室分室
入舩徹男（室長）
山田 朗（リサーチアドミニストレーター）
新名 亨（ラボマネージャー）
目島由紀子（技術員）
河田重栄（技術補佐員）

❖

客員部門
客員教授

角谷 均（住友電気工業（株）
産業素材材料技術研究所主幹）
客員教授 Yanbin Wang（シカゴ大学GSECARS
主任研究員）
客員教授 Ian Jackson（オーストラリア
国立大学地球科学研究所教授）
客員教授 Baosheng Li（ストニーブルック大学鉱物物性研究施設特任教授）
客員教授 鍵 裕之（東京大学大学院理学系研究科教授）客員准教授 舟越賢一（JASRI利用促進部門
副主幹研究員）センターの構成（H24.2.1現在）



地球深部物質構造動態解析部門
入舩徹男（教 授）
西山宣正（准教授）
大藤弘明（助 教）
丹下慶範（助 教）
川添貴章（COE助教）
Steeve Gréaux（COE研究員）
大内智博（COE研究員）
雷 力 （COE研究員）
西 真之（学振特別研究員）
秦 家千（学振外国人特別研究員）



地球物質物性計測部門
井上 徹（教 授）
松影香子（准教授(COE)）
木村正樹（助 教）
選考中（助 教）山田明寛（COE研究員）



量子ビーム応用部門
平井寿子（教授(COE)）
藤野清志（教授(COE)）
桑山靖弘（助 教）
木村友亮（COE研究員）



地球深部活動数値解析部門
土屋卓久（教 授）
亀山真典（准教授）
Nico de Koker（助 教）
Arnaud Metsue（COE助教）
臼井佑介（COE研究員）
市川浩樹（COE研究員）



GRC研究員
大野一郎（理工学研究科教授）
川嵜智佑（理工学研究科教授）
榊原正幸（理工学研究科教授）
山本明彦（理工学研究科教授）
森 寛志（理工学研究科准教授）
渕崎員弘（理工学研究科教授）
小西健介（理工学研究科准教授）
山田幾也（理工学研究科助教）
田中寿郎（理工学研究科教授）
野村信福（理工学研究科教授）
平岡耕一（理工学研究科教授）
山下 浩（理工学研究科准教授）
八木秀次（理工学研究科准教授）
豊田洋通（理工学研究科准教授）
松下正史（理工学研究科講師）
仲井清眞（理工学研究科教授）
阪本辰顕（理工学研究科講師）
中江隆博（理工学研究科助教）
佐野 栄（教育学部教授）

2





モンド（ヒメダイヤ）が、アメリカ地球物理学連合（AGU）のニュースレター誌（2012 年 2 月 14 日
発行）の Feature Article に掲載されました。
アメリカ地球物理学連合（AGU）は世界中に多数の会員を持ち、例年サンフランシスコで開催される AGU 総会は、毎年開催されている国際的会議としてはすべての研究分野の中で世界最大であるとされています（昨年 12 月の参加者は約 21,000 人）。
EOS は AGU により毎週発行されているニュースレター誌ですが、その 1 面トップの Feature Articleに GRC の入舩徹男センター長と、カーネギー研究
機構地球物理研究所（Geophysical Laboratory, GL）の Hemley 所長の共著による記事が掲載されました。Feature Article は専門家 3 人の厳しい査読により採用が決定され、月に 1 件程度 EOS の第一面に掲載されます。

GRC客員研究員
遊佐 斉（物質・材料研究機構物質ラボ主幹研究員）
鍵 裕之（東京大学理学系研究科教授）
平賀岳彦（東京大学地震研究所准教授）
道林克禎（静岡大学理学部准教授）
川本竜彦（京都大学理学研究科助教）
大高 理（大阪大学理学研究科准教授）
重森啓介（大阪大学ﾚｰｻﾞｰｴﾈﾙｷﾞｰ学研究ｾﾝﾀｰ准教授）
角谷 均（住友電気工業（株）産業素材材料技術研究所主幹）
吉岡祥一（神戸大学自然科学系先端融合研
究環都市安全研究ｾﾝﾀｰ教授）
肥後祐司（JASRI利用促進部門研究員）
浦川 啓（岡山大学自然科学研究科准教授）
山崎大輔（岡山大学ISEI准教授）
奥地拓生（岡山大学ISEI准教授）
安東淳一（広島大学理学研究科准教授）
中久喜伴益（広島大学理学研究科助教）
片山郁夫（広島大学理学研究科准教授）
中田正夫（九州大学理学研究院教授）
加藤 工（九州大学理学研究院教授）
金嶋 聰（九州大学理学研究院教授）
久保友明（九州大学理学研究院准教授）
西堀麻衣子（九州大学シンクロトロン光利
用研究センター准教授）
赤松 直（高知大学教育学部准教授）
本田理恵（高知大学教育研究部准教授）
田島文子（ミュンヘン大学客員教授）
Fabrice Brunet（CNRS研究員）
Jennifer Kung（台湾国立成功大学地球科学研究所准教授）事務室
研究拠点事務課（3F）
藤村 宗 （副課長）外山廣子 （再雇用事務補佐員）
加藤智恵子（事務補佐員）
田中規志 （事務補佐員）
宮本菜津子（事務補佐員）
兵頭 恵理（事務補佐員）
八城めぐみ（事務補佐員）



GRC の西山宣正准教授が、2012 年 4 月 1 日付でハンブルクの放射光研究所（DESY）の新しい放射光実験施設 PETRA-III のビームラインサイエンテ
ィストとして転出します。当地では PETRA-III における新しい高圧ビームラインの建設の責任者として、活躍が期待されています。一方、GRC 数値
系の助教として、バイロイトにあるバイエルン地球科学研究所（BGI）から、Nico de Koker 氏が 2
月 1 日付で赴任しました。de Koker 氏は第一原理計算の専門家として、地球・惑星の物質科学的研究において重要な役割を果たすことが期待されています。BGI と GRC は部局間の学術交流協定を結んでおり、これまでにも研究者の交流がおこなわれてきました。今回の 2 件の人事交流により、ドイツとの共同研究や研究者の交流が一層加速されると考えられます。


GRC で学位取得のミシュラ氏が講演会

博士課程学生時代のミシュラ氏

NEWS＆EVENTS❖

ドイツとの人事交流

インドやパキスタンなど 8 か国が加盟する、南アジア地域協力連合（SAARC）の災害管理防災セン
ター長を務めるミシュラ・オム・プラカッシュ氏

ヒメダイヤが EOS トップ記事にGRC が中心となり開発されたナノ多結晶ダイヤ
3

が、2012 年 1 月 21 日（土）に、愛媛大学で南アジア諸国の災害対策に関する講演をおこないました。同氏は愛媛大学理工学研究科博士後期課程に在籍し、2004 年 3 月に GRC で博士号を取得しています。ミシュラ氏は 1 月 20 日に神戸市で開催された国際フォーラム出席のため来日し、愛媛大学防災情報研究センターの招きで松山を再訪しました。
講演後には久し振りに GRC を訪れ、入舩センター長、井上徹教授、山田朗リサーチアドミニストレーターらと歓談しました。
入舩センター長が鳥栖市市民講演会で講演バイトを、関連会社のアライドマテリアルでは、光学部品用金型などの硬脆材の超精密加工向けた切削工具を開発し、販売を開始する予定です。
ヒメダイヤは、入舩センター長が 20 年あまり前に合成に成功し、2000 年代初めまでにその生成条
件が明らかにされました。その後住友電工の共同研究者により硬度等の測定がおこなわれ、特異な高い硬度とナノ組織が明らかにされ、2003 年にはネイチャー誌に発表されました。前後して住友電工および四国 TLO と基本特許を共同出願し、同社にマルチアンビル合成技術を移転するとともに、共同研究によりその高品質化・大型化に取り組んできました。
❖

第5回インターンシップ“Tutorial for Resonant Ultrasound Spectroscopy”
・Measurement of resonant ultrasoundspectroscopy
・Mode identification and determination ofelastic constants
・Theoretical aspects on calculation ofresonant frequencies
講師: 大野一郎（愛媛大学理工学研究科教授・GRC 研究員）
日時:2012 年 3 月 8 日（木）～10 日（土）場所:愛媛大学
問合せ先:井上徹（inoue@sci.ehime-u.ac.jp）

左から圦本北大教授、入舩センター長、橋本鳥栖市長

2012 年 1 月 8 日（日）に佐賀県鳥栖市市民文化会館で開催された市民講演会「放射光で解き明かす太陽系と地球の謎」（日本放射光学会主催、九州
シンクロトロン光研究センター・佐賀県・鳥栖市
共催）において、入舩センター長が「放射光と新しいダイヤモンドで拓く地球の深部」と題して講演をおこないました。講演会は鳥栖市長の挨拶のあと、水木純一郎放射光学会長の放射光に関する解説や圦本尚義北海道大学教授の「最先端分析で挑む小惑星探査機はやぶさ採取資料の解析」と題した講演がおこなわれ、最後に入舩センター長が講演しました。尚、同研究センター内に設置されている九州大学ビームラインに関連して設置された、九州大学シンクロトロン光利用研究センター
において、入舩センター長の指導のもとに博士号を取得した愛媛大学出身の西堀（旧姓一色）麻衣
子氏が、昨年から准教授として赴任しています。


国際フロンティアセミナー

第42回“Alluvial diamonds from north-east of
Siberian platform: evidence for formation in
subduction environment”
講 演 者 ： Prof. V.S. Shatsky （ Institute ofMineralogy and Petrology, Novosibirsk,
Russia, Novosibirsk State University）“Evidence for evolution of growth media insuperdeep diamonds from Sao-Luis (Brasil)”
講 演 者 ： Dr. D.A. Zedgenizov (Institute ofMineralogy and Petrology, Novosibirsk,
Russia)日 時：2012年1月11日（水）16：30－18：00

ヒメダイヤの製品化

GRC と住友電工（株）とで共同開発がすすめられてきたナノ多結晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）
が、同社および関連会社により本年 2 月から製品（スミダイヤバインダレス）として販売開始されることが 2012 年 1 月 16 日（月）付で同社からプレス発表されました。住友電工では、超硬合金な
どの硬脆材向け微細加工ボールエンドミル・旋削

ジオダイナミクスセミナー
 今後の予定（詳細はHPをご参照下さい）
３月
3/3 “Viscosity contrast between majorite and4ringwoodite”
Dr. Yu Nishihara (Senior Research Fellow,
Senior Research Fellow Center, GRC)

第 316 回“Spin transitions of iron in the lower
mantle minerals”
Dr. Kiyoshi Fujino (Global COE
Professor, GRC)
3 February 2012

3/9 “Measurements of elastic velocities andelastic constants of nano-polycrystalline
diamonds with pulse and resonance methods
under fluid pressure”
Dr. Masaki Kimura (Assistant Professor,
GRC)

第 317 回“ Phase stability of boron relative tobeta-boron at HPHT”
Dr. Jiaqian Qin (JSPS Postdoctoral
Fellow, GRC)
“Synthesis
andelastic
wave
velocities of polycrystalline pyrope
Mg3Al2Si3O12 garnet up to 20 GPa and1700 K”
Yongtao Zou (Ph.D. student, Ehime
University)
10 February 2012

3/16“Synthesis of high-quality sintered bodies
of polycrystalline minerals at highpressure”
Dr. Tetsuo Irifune (Professor & Director,
GRC)
3/23“First principles investigation of theplastic deformation of hydrous
wadsleyite”
Dr. Jun Tsuchiya (Senior Research Fellow,
Senior Research Fellow Center, GRC)

第 318 回“Investigation of intermediate and deep
seismicity using acoustic signal
monitoring during multi-anvil press
experiments”
Dr. Julien Gasc (GSECARS, Universityof Chicago)
13 February 2012

過去の講演

第 319 回“Elastic wave velocities of stishoviteathighpressureandhightemperature”
Ryo Negishi (M.Sc. student, Ehime
University)
17 February 2012

第 313 回“ Toward the experimental study on theserpentinization mechanism of olivine
in the presence of supercriticalfluid using an externally-heatedhydrothermal DAC”
Taku Fujii (M.Sc. student, Ehime
University)

第320回“Thermal condition(s) of upper mantle
in early Mars”
Dr. Kyoko Matsukage (Global COE
Associate Professor, GRC)
24 February 2012

“Conditionofoxygenvacancy
substitution in (Mg,Fe)SiO3 perovskite”
Kohei Hayashi (M.Sc. student, Ehime
University)
13 January 2012
第 314 回“Multimegabar phase relations ofsilicates and planetary interiors”
Dr. Taku Tsuchiya (Professor, GRC)
20 January 2012

新人紹介
Nico de Koker(助 教)

第 315 回“Optical properties of nano-polycrystalline diamond synthesized andtreated under various high pressureand high temperature conditions”
Futoshi Isobe (Ph.D. student, Ehime
University)“Numerical simulations of thermal
convection of fluids with spatial
variations in physical properties”
Arata Miyauchi (Ph.D. student, Ehime
University)
27 January 2012

Growing up in South Africa, the lands of the5educational time in Matsuyama. Who knows where
my work here will lead me to go next!

northern hemisphere in the world appeared to bevery far away, and so, most intriguing. As ayoungster I was always curious about what therest of the world must be like, hoping to see
for myself one day. So, when after completing
my undergraduate studies at the University of
the Witwatersrand I was fortunate enough to get
the opportunity for graduate studies at the
University of Michigan in the USA. I jumped at
the opportunity.
I started my studies in Michigan doing
geodynamics, and finished my MSc thesis on the
global density structure of the lithosphere
under
the
guidanceofCarolina
Lithgow-Bertelloni. However, my fascination
with the physics of materials led me to enter
the field of computational mineral physics,
working with Lars Stixrude on the firstprinciples simulations of silicate melts in the
MgO-SiO2 system.
After a relatively easy american start to my
exploration of the world, it was time to get
more serious and move to Germany. Here I would
be introduced to the more traditional european
lifestyle, with the additional challenge ofmastering a new language. I obtained a position
as a postdoctoral research scientist at theBayerisches Geoinstitut (BGI) in Bayreuth,
where I continued my research work incomputational and theoretical mineral physics,
working with Gerd Steinle-Neumann and Dan Frost.
My time at BGI was very productive: in addition
to my continued work on liquids, I got my hands
dirty with thermal diffusivity in lower mantle
minerals, and also made good progress on
investigating
theelectronictransport
properties of the liquid outer core. In doing
so I explored material compositions ranging
from liquid Fe and Fe alloys, Mg and Ca oxides
and silicates, as well as industrially relevant
phases, notably cubic BN.
After nearly three and a half years in Germany
it was time to move on again -- this time to
Japan, famous for its unique culture and richhistory. An opportunity to live here, learn thelanguage and experience the country first handis very difficult to pass on. Starting February
1st 2012, I joined GRC as assistant professor
in the theoretical mineral physics group. I
hope to use my time at GRC not only to pursue
further questions related to silicate melts andelectronic transport of liquid metals, but also
to explore some new avenues in materials
simulations.
I look forward to a productive and very

木村 友亮
(COE 研究員)

今年度の 10 月から GCOE 研究員として働かせていただいております、木村友亮です。同年度 9 月に大阪大学大学院の博士課程を修了しました。これまでの研究ではダイヤモンドアンビルセルとレーザー誘起による衝撃圧縮を組み合わせた圧縮法の開発を行ってきました。主に衝撃圧縮実験を多く経験した私にとってマルチアンビル型高圧発生装置を使った実験は新鮮で、セミナーやディスカッションを通して実に刺激的な日々を送らせて頂いています。
私の専門である衝撃圧縮は、瞬時に試料に大量のエネルギーを送り込むため、数テラパスカル以上の高い圧力状態を作ることができると言われています。この桁違いに高い圧力が得られることか
ら、超高圧力発生の可能性が衝撃圧縮技術の特長
として印象に残ります。しかし一方で私は、レー
ザーショック実験が有する高速診断技術に注目しています。近年では計測技術の開発により、数ナノ秒で物質を圧縮する衝撃波の速度を 1％以内の精度で計測できるようになりました。また、100
ピコ秒以下の分解能で温度履歴を計測できるようになりました。このような衝撃圧縮における高速の“眼”をレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセ
ル実験に適用し、この GRC では高圧•高温度下における物質の熱伝導を実験的に計測することを試みようと思っています。
差し当たって現在は桑山靖弘助教と共にダイヤ
モンドアンビルセル加熱用の CO2 レーザーのセッ
トアップを行っています。大学院時代でも光学素子を扱っていたので、光学系の設計や素子の調整を行ってきた経験が新しい研究の場でも役に立って非常に嬉しいです。毎日が緊張の連続ですが、設計通りに事がうまく運ぶとチーム皆で喜びを共有し合えるので、今の仕事に他では得難い充実感を覚えています。
充実しているのは研究だけではありません。週末の夜はジャズバーでセッションに参加するようにしています。松山は音楽が盛んで色々な場所でライブやセッションが繰り広げられています。引6

の手ごたえを得ることができました。私自身はこのセッションのポスター発表で高圧下のカンラン石の粒径依存クリープの実験的研究について発表しました。また、同じレオロジーグループの川添
貴 章 GCOE 助 教 は 「 Earth Materials Under
Compression: Advances in Experimental andNumerical Methods」と題するセッションで招待講演を行いました。内容は D-DIA 装置を用いた高温
高圧変形実験の技術開発とその技術に基づくマン
トル遷移層条件でのウォズリアイトの定量的変形実験に関するものでした。これまで参加してきた学会に比べ、我々GRC レオロジーグループの研究に対する好意的な反響が大きく、これまで約 3 年間のグループの研究活動を通じて世界で認められるようになってきたことを感じました。
（西原遊）っ越して来た当初は敷居が高いイメージだったジ
ャズも松山の方々は私を優しく迎えて下さり、今では大学のジャズ研サークルの学生に混じって、ダンディな玄人が持つ大人の色気を少しでも身につけるべく日々努力しています。(しかしその努力の跡が残酷な程見受けられませんが…)このように音楽を通して交流の場を広げると共に、研究も精力的に推し進めたいと思います。以上、若干話題が研究からそれましたが臆さず前向きに、これまでの経験に新しい知識を加えてこれからの仕事に貢献したいと考えています。どうぞよろしくお願いします。最後になりましたが、掲載の味のある似顔絵を描いてくれた学生の元木健介君に心から感謝の意を表します。

❖ A trip to APS

海外出張報告Like continental crust, mid-oceanic ridge
basalts and sediments are enriched in silicon
and therefore, subduction processes aresuggested to provide a way of enriching the
mantle with silica. Above 10 GPa, SiO2
transforms to a dense form called stishovite,which could generate chemical and density
heterogeneities in the deep mantle. Althoughnumerous studies reported the physicalproperties of pure stishovite, there is still
few reports concerning Al-bearing stishovite,which would be in a natural context, the mostabundant mineral of mid-oceanic ridge basalts
subducted to the mantle transition zone.

アメリカ地球物理学会 2011 年秋季大会

2011 年 12 月 5 日～9 日にアメリカ、サンフラン
シスコで開催されたアメリカ地球物理学会 2011年秋季大会に私を含め当センターから 15 名以上のメンバーが参加しました。AGU は改めて説明す
るまでもなく、地球惑星科学の分野における世界最大の学会です。特にその秋季大会には近年は膨大な人数の参加者があります。今年の参加者は初
めて 2 万人を超え 21116 人で昨年に続き過去最高の参加者数を記録しました。会期中は丸 5 日間にわたり毎日 8 時間（8：00 の講演開始から 18：00
講演終了までのうち休憩を除いた時間）約 45 カ所の会場で同時に口頭発表が行われました。一講演あたり 15 分として単純に計算すると口頭発表の総数は 7200 件となります。このほかにポスター発
表、特別講演もありとにかく膨大な講演数なので、当然ながら実際に聞くことのできる講演は全体のほんの一部にすぎません。私は前日に配られる詳細な講演プログラムを毎晩調べて次の日の計画を立てましたが聞きたい講演が重なることもしばしばでした。学会の規模が大きくなりすぎるのもい
かがなものかと思わないでもありません。
今回の AGU では、GRC レオロジーグループのリー
ダーの私が「Rheology of Geological Materials:
from the Concepts to the Field」と題したセッションの共同コンビーナを務めました（代表コン
ビーナはフランスのリール第一大学の Patrick
Cordier 教授、もう一人の共同コンビーナはアメリカのブラウン大学の Greg Hirth 教授）。このセッションは地球内部のレオロジーに関する多方面からの議論を目的として、実験・理論・観測の各分野からの講演を募集したものでした。口頭発表の枠に比べ投稿数がとても多く、口頭講演の選別には苦労しました。しかし、セッション当日は多くの優れた講演が行われ活発な議論がなされ成功

Thus, I hot-pressed polycristalline samplesof Al-bearing stishovite with 1 to 6 wt% Al2O3
using 2000-tons multi-anvil press at the GRC.
I went to the Argonne National Laboratory
located near Chicago, to meet Prof. Yanbin Wang,
Dr. Zhicheng Jing from Univ. of Chicago andformer GRC member, now at Carnegie Inst., Dr.
YoshioKono.
Together
we
conducted
simultaneous measurements of density and soundvelocities of Al-bearing stishovite in situ athigh P and T conditions at the beamline 13-ID-D
in GSECARS. The pressure and temperaturedependences of the elastic properties of7

Al-stishovite were examinated up to 24 GPa and1700 K by using a Kawai-type multi-anvil press
apparatus coupled with synchrotron X-ray
diffraction and ultrasonic interferometry.
Generally, we found that even SiO2 + 1 wt%
Al2O3 has sound velocities of P- and S-waves
substantially slower than pure stishovite.
Therefore, the incorporation of even small
amounts of Al and its possible coupling withoxygen vacancies can influence the elastic
properties of SiO2. The current experiments
resulted in a valuable set of P-V-T-VP-VS datafor various Al-content. Now we are working to
extrapolate those thermoelastic data to higher
P, T and Al-content in order to directly estimate
density and velocity profiles for various
composition and temperature conditions relevant
to slabs subducted to the depths of the mantle
transition zone and lower mantle. This projectis still ongoing and will be continued in 2012
with a second visit to GSECARS. (Steeve Gréaux)sushi. All of these activities gave me very goodmemories and I had a really good time. So, I wantto say “Arigatoo” again to all the people at
GRC.
During this period, I planned to conduct two
subjects. One is “the fusion curve of K2CO3 athigh pressure”, and the other is “traceelement partitioning during partial melting ofcarbonated pelite” using the high pressure
apparatus.

インターンシップ報告

Carbonate magmas are volumetrically rarecompared to silicate magmas, but the equationof state of carbonate liquids is of greatinterest to geologists. Studies on the density,
compressibility and thermodynamic stability ofcarbonate liquids at high pressure areimportant for calculating their buoyancy in thelower mantle. Additionally, location of acarbonate solidus at upper mantle conditions isa key factor in the deep carbon cycle.
A series of experiments were performed in a
14/8 cell assembly using 2000 ton split-sphereapparatus in order to bracket the melting
temperature of K2CO3 at 4.0, 9.0 and 11.5GPa.
Using these result, I will calculate thedensity and compressibility of K2CO3 liquidusing K’ value at different pressure and thendiscuss the reason of different K’ value atdifferent pressure and its application ingeology. (Meili Wang, PhD student in Peking
University)❖

Internship stay in GRC

With great honor, I was provided an
opportunity to study at GRC as an internshipstudent from October 17th (2011) to January 13th
(2012). This is my first time to study in outof China for a long time, and it is a very
excellent experience for me. I appreciate itvery much that GRC can offer me the opportunity.
At GRC, I attended the group of “magma andfluid group” leaded by Prof. Inoue. He gave memuch help, and I learnt a lot from him, such as
how to conduct high pressure experiments using
2000ton split-sphere apparatus, how to proceed
the study, how to interpret the result, how tofind and solve the problem and so on. I believethat all of these will be very helpful for myfuture research. Also, most of the people at GRC,
especially Cuiping Yang and Chunyin Zhou, havehelped me, and they were very friendly.
Matsuyama is a very beautiful city near from sea,
and its environment is very good. I enjoyed theblue sky and the comfortable fresh air. During
my stay, I also attended the annual year-end
party held by GRC. It was my second time to play
bowling. It was so interesting and I liked it.
Inaddition,
both
Fujino-sensei
andInoue-sensei invited me to taste many delicious
Japanese foods, such as the famous sashimi and

最新の研究紹介❖

下部マントル下 Fe のスピン転移問題の新展開

下部マントル構成相の構造や物性，鉄の分配等に大きく影響を与える鉄のスピン転移が実験的に見い出せることが分った 21 世紀初頭以来、鉄のス
ピン転移に関する多くの研究がなされてきた。し8かし、その実態についてはフェロペリクレスを除いて長らく混迷状態にあった。ごく最近、そうした混迷状態を解決する可能性が、2 つのアプロー
チにより見えてきた。1 つは、Fe2+のスピン状態とメスバウアースペクトルにおける 4 極子分裂の関係についての理論的アプローチであり、もう 1 つは Fe3+のスピン状態と結晶内交換反応についての実験的アプローチである。我々は、この数年後者のアプローチに関わってきたので、こうした鉄のスピン転移問題をめぐる新たな展開について、述
べてみたい。
まずは、後者のアプローチから述べる。我々は
上記の混迷状況を改善すべく、Fe3+AlO3 成分を固溶した Mg ペロブスカイト（Pv）とポスト Mg ペロ
ブスカイト（PPv）における Fe3+のスピン転移について、X 線発光分光法（XES）と X 線回折法（XRD）
により取り組んだ。
Fe3+AlO3 成分に着目したのは、
下部マントル条件では Pv と PPv の両者で、Fe3+はFe2+より支配的であり、」Fe3+は Al と対になって Mg+ Si ⇄ Fe3++ Al の置換をすると思われるからである。実験により、Pv では A サイトで高スピンのFe3+は、50-60 GPa 以上で交換反応により B サイトの Al と入れ替わって低スピンになり（図）、PPv
では 80-110 GPa 以上で Fe3+は B サイトを占めて低スピンになることを示す結果を得た。これらの実験で判明した事は、陽イオンサイトが１種しかないフェロペリクレスと異なり、2 種の陽イオンサ
イトを持つ Pv と PPv では Fe3+のスピン状態は圧力と温度のみでは決まらず、A、B 両サイトに Fe3+がどう分布するかに大きく依存し、それを支配するのが結晶内陽イオン交換反応ということであった。
従って、同じ組成の試料でも合成またはアニーリ
ング条件が異なれば、たとえ同じ圧力・温度で測定しても、まったく異なるスピン状態を示し得る。
これまでの研究がこの点を十分考慮してこなかったことが、混迷を生み出していると思われる。
次に、もう１つのアプローチについて述べよう。
これまで Pv 及び PPv における A サイトの Fe2+のスピン状態については、下部マントル条件で中間ス
ピン（スピン数が１）あるいは低スピンになると

Mg-Pv 中の陽イオン分布と Fe3+のスピン状態変化

9の説と、高スピンのままであるとの説の大きな対立があった。前者の説の最大の根拠として、メス
バウアースペクトルにおける Fe2+の四極子分裂が極めて大きい（3.5-4 mm/s）ことがあげられた。
しかし最近、Bengtson ら(2009)や Hsu ら(2010)
によって、これらの大きな四極子分裂はむしろFe2+の高スピンに由来し、中間スピンや低スピンの四極子分裂はずっと小さいとの理論計算結果が出された。これにより、A サイトの Fe2+のスピン状態をめぐる従来の対立は、解消される可能性が高い。これら 2 つのアプローチにより、長らく続いた下部マントルにおける鉄のスピン転移に関する混迷状態は解決の方向に向かうものと思われる。
以上のことを踏まえて、我々は下部マントル各
構成相における鉄のスピン転移を、以下のように考えている。フェロペリクレスでは、Fe2+が圧力の増大とともに 40-80 GPa で高スピンから低スピンに変わる。Mg ペロブスカイトでは、Ｆe2+は下部
マントル全領域で A サイトを占めて高スピンのままであるのに対し、Fe3+は低圧では A サイトを占めて高スピンであるが、50-70 GPa で B サイトのAl と置き換わって低スピンになる。一方、ポスト
Mg ペロブスカイトでは、マントル最下部領域でFe2+は A サイトを占めて高スピンのままであり、
Fe3+は B サイトを占めて低スピンのままである。
従って、下部マントル全体を見たとき、40-80 GPaの間でスピン状態の大きな変化があるが、それ以外の圧力領域では大きな変化はないものと思われる。（藤野清志）❖ Spin transition in (Mg,Fe)(Si,Fe)O3
perovskite from first principles calculations
We investigate the spin transition P-T
conditionsofferricFein(Mg0.9375Fe0.0625)(Si0.9375Fe0.0625)O3 perovskite (Pv)from density functional theory (DFT)
calculations based on the internallyconsistent LSDA+U technique. This original
method accurately describes the local
interactions between the d-states in Fe thatgive rise to Hubbard splitting. Ferric Fe wasincorporated in high spin (HS) and low spin (LS)states in both Mg-site and Si-site. First, we
calculate the phonon dispersion relations of
the Fe-bearing phases based on the direct
method, where the force constant matrices are
determined by directly applying small but
finite atomic displacements. The phonon
dispersion curves show that the acoustic phononmode frequencies are clearly affected by theincorporation of ferric iron, particularly themodes associated with the shear of the crystal.
This implies that ferric iron decreases
significantly the shear wave velocities in theFraction of high spin Fe in the Si-site.

Pv phase. Then, the thermodynamic properties of
the Fe-bearing phases, such as the equation ofstates or isothermal bulk modulus were
determined at the P-T conditions of the lower
mantle from the calculation of the Helmholtz
free energy based on the quasi-harmonic
approximation. The calculated volumes and bulk
modulus calculated at 300 K are consistent withexperimental results of Catalli et al. (2010).
We extend the calculations to the Gibbs freeenergy and we found that Fe in the Si-siteundergoes a spin transition, from HS to LS at
56 GPa at 300 K and at around 80 GPa along thegeotherm proposed by Brown and Shankland (1981).
The spin transition decreases the volume about
0.5% and increases the bulk modulus about 2% of
the Pv phase in the P-T conditions of the lower
mantle. The spin transition pressure isconsistent with previous experimental studies(Catalli et al., 2010; Fujino et al., 2012).
（Arnaud Metsue）❖

GeO2 ガラスの高圧下密度・弾性波速度同時測定

GeO2 ガラスは SiO2 ガラスと同様、複雑系ガラス(液体)の中でもっとも単純な組成であるため、その物性、構造を理解することは、難解な複雑系物
質の基本的な情報を得るための第一歩であると考えられます。そのため、これまで多くの構造に関する研究が高圧、常圧を問わず行われてきました。
また、地球科学の分野においても SiO2 はほぼ全ての造岩鉱物中に含まれる成分であり、岩石融体(マグマ)においても、その性質を左右する重要な成分です。そのアナログ物質となる GeO2 は約 6-10 GPa
で GeO4 四面体(4 配位)からなる基本構造が GeO6 という 6 配位構造へと変化することが様々な実験によって示唆されてきました。このようなガラス(液体)中の基本構造の配位数変化が生じたとき、その弾性がどのよう変化するかという点も私たちの大きな関心事の一つです。一方、圧力下における物性に関する研究はそれほど多く行われてはいませんが、密度に関しては約 5 GPa で小さな密度の不連続な増加が見られるとの報告があります。また、
弾性波速度に関しては、SiO2 ガラス同様、低圧の領域で速度の最小があることが示唆されています。
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私たちは、これらの物性変化がどのように反映し合っているかをより確実に調べるため、密度と弾性波速度の圧力下での同時測定を行いました。
実験はアメリカのアルゴンヌ国立研究所における 第 3 世 代 放 射 光 実 験 施 設 Advanced Photon
Source の 13-BMD ビームラインで行いました。このビームラインはシカゴ大のグループ（GSECARS）
が管理、運用を行っています。私たちが用いた手法は、圧力下での X 線 CT による試料の 3 次元イメージング、及び超音波法です。3 次元の試料画像
から体積を求め、密度を求めます。また、超音波法からは試料を透過する超音波の伝搬時間を知ることができるので、X 線の二次元の像から試料の超音波の伝搬距離を測定し、超音波の速度を計算することができます。これらの測定を一つの実験
内で同時に行うことができます。現在までのとこ
ろ、このような測定ができるビームラインは高圧発生装置、X 線の制御を考えると 13-BMD に限られると言ってよいでしょう。X 線 CT に用いた X 線は
43 keV の単色 X 線で、圧力下でも試料を回転させる こ と の で き る モ ジ ュ ー ル (Rotating Anvil
Apparatus)を用いておよそ 0.5°毎に試料の二次元画像を撮影しました。超音波速度測定には、縦波、横波を同時に観測するため、厚さ 50 μm のLiNbO3 製振動素子を用いました。入力した波は 40
MHz の正弦波です。試料は円柱状の GeO2 ガラスで、超音波の反射をより明瞭に観測するため、両端を鏡面研磨したものを用いました。圧力発生に用いたアンビルは Paris-Edinburgh 型のものに弾性波
速度測定用に修正を加えたものを用いました。
密度測定と超音波速度測定の結果を図に示します。密度変化に関しては 4.7-5.4 GPa の間で不連続に増加していることがわかります。この結果は、以前の X 線吸収法による密度測定結果と非常に調和的です。また、この圧力はこれまでの構造変化に関する研究結果から、GeO4 四面体が 6 配位構造へ構造変化を始める圧力領域に相当しています。
すなわち、この密度増加は 4 配位から 6 配位への遷移的な状態を反映した物性変化であると予想されます。一方、超音波速度は縦波・横波ともに 3.5 GPa まで一気圧の速度とほぼ変わらず、それより高圧で急激に速度が増加するという傾向を

GeO2 ガラスの密度変化と超音波速度

性が悪く、また、CO2 レーザーを用いた両側加熱による実験というものは、これまでほとんど行なわ
れておりませんでした。そこで GRC では CO2 レー
ザーを 2 台用いた両側加熱装置の組み立てを行なっております。
CO2 レーザーにはダイヤモンドアンビルセルを用いたレーザー加熱に実績のあるアメリカ・シン
ラッド社製の水冷式 RF 励起型、直線偏光の最高出
力 100 W（カタログ値、実際の最高出力は約 120 W）の CO2 レーザーを 2 台用いています。レーザー発振管の保護のために実際の運転時は最高出力の95 %でリミットをかけていますが、2 台合わせて最大 200 W 以上の出力で試料を加熱することができます。レーザーの出力安定性は±7 %以下となっセンター機器紹介⑱ており、これらのレーザーの出力はパソコンからコントロールできるようになっております。また、
DAC 用 CO2 レーザー加熱装置
必要であれば 0.1 kHz ステップで周波数を変更することもできます。ビームエキスパンダーも備えられており、理論集光系を約 60 ミクロンから 200
ミクロンまで変化させることができます。試料からの光は、ハーフミラーによって 2 つに分けられ
CCD カメラによる試料観察を行いながら、輻射ス
ペクトルや蛍光などの分光観測が可能になっています。分光器には二枚のグレーティングを搭載可
能 な プ リ ン ス ト ン ・ イン ス ツ ル メ ン ツ 社 製 のACTON SpectraPro2150i を用いており、ブレーズ
波長 500 nm のグレーティングを用いることで、335～1000nm の波長領域で分光スペクトルを取得することが可能です。分光器用の検出器には電子冷却型微弱光用 CCD 検出器 PIXIS 256（素子数 1024
×256、－80 ℃電子冷却、波長感度範囲カタログ
値 200～1000 nm、実効波長領域約 500～950 nm）
ダイヤモンドアンビルセル高圧発生装置（DAC）
を採用しており、試料部からの輻射スペクトルをにおける高温発生法には、レーザー加熱法、外熱測定することにより、リアルタイムで温度計測を法、内熱法などがあります。レーザー加熱法には、行なうことができるようになっています。また、
波長約 1 ミクロンの固体レーザーである Nd:YAG
試料観察用の CCD には、1.3 メガピクセルの高感レーザー（波長 1.064 μm）及び Nd:YLF レーザー
度 CCD を採用しております。
（波長 1.053 μm）、ファイバーレーザー（GRC に
現在、G-COE 研究員や学生たちが中心となって、は波長 1.090 μm、最高出力 100 W の SPI Laser
時に白熱した議論をしながら、しかし和気藹々と社製のファイバーレーザーが導入されています）、
着実に組み立てが行なわれており、来年度初旬の
波長約 10 ミクロンのガスレーザーである CO2 レー運用開始を目指しております。この装置を用いて、ザー（波長 10.6 μm）などがよく用いられていま
地球や惑星のマントルを構成するケイ酸塩や酸化す。波長 1 ミクロンの YAG レーザー、YLF レーザー物のみならず、ハイドレートなど様々な物質の高及びファイバーレーザーは集光性がよく、超高圧
圧高温実験を行ないたいと思います。本装置の導下での微小試料の加熱なども行なうことができ、入にあたり、東京大学 物性研究所の八木健彦教授
また Shen 博士らにより開発された両側加熱法にと物質・材料研究機構先端的共通技術部門の遊佐より試料両端の温度を均質に加熱することができ
斉主幹研究員には、レーザーや光学系に関する議るため多くの放射光施設などに導入されています。
論など大変多くの時間を割いていただきました。
しかし、これらのレーザーではケイ酸塩を含む多この場をお借りしてお礼申し上げます。
（桑山靖弘）
くの酸化物などは直接加熱することができないた
め、これらの物質を加熱するためには、試料に白編集後記：今年の冬は松山も寒く、大雪（？）が金や金、レニウム粉末や箔などのレーザー吸収剤
をまぜ間接的に加熱しなければなりません。一方、 降りました。梅も 2 月末になってようやく咲き始めました。
（T.I. & Y.M.）
CO2 レーザーは多くの透明試料を直接加熱することが可能ですが、Nd:YAG レーザー等に比べて集光示しました。SiO2 ガラスに見られるような低圧力領域での顕著な速度最小は見られませんでしたが、GeO2 ガラスも圧縮に対して速度が増加しない、つまり高密度化を起こしても堅くならないという結晶では見られない特異な性質を示すことがわかりました。また、速度増加開始の圧力は密度の不連
続増加の圧力とわずかにずれがあることがわかります。このことは速度増加に対して配位数変化以
外の何か更に重要なメカニズムが低圧の領域で支配していることを示唆しています。
（山田明寛）

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特別推進研究ニュース No.8
透光性多結晶 Fe ガーネットの高圧合成

六方最密充填 Fe のせん断変形実験

ガーネットはマントル深部を構成する重要な高圧相の１つであり、その弾性的性質の測定はマントル物質の解明において重要です。超音波パルス法で高圧相多結晶体の弾性波速度を測定するには、均質で粒径が小さく、また理論密度に近い良質な焼結体が必要とされます。ナノ多結晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）は、空孔率 0.3%以下の極めて緻密な多結晶体
で、このような目的に理想的な試料です。本研究では、Fe 系物質の高温高圧下での弾性波測定も１つの重要な課題としていますが、このほどヒメダイヤ合成と同様な手法を用い、かつカプセル材や出発物質に様々な工夫をすることにより、ヒメダイヤと同様に 高 い 透 光 性 を 持 ち 、 緻 密 な 多 結 晶 almandine（Fe3Al2Si3O12）端成分ガーネットの合成に成功しました。天然には、単結晶に近い透光性ガーネットの存在が報告されていますが、今回得られた試料もヒ
メダイヤ同様単結晶と遜色のない透光性を呈しており、今後弾性波速度をはじめ様々な物性測定に利用される予定です。

固体金属によって構成される地球の内核には地震
波速度の大きな異方性が存在しますが、その成因には様々な仮説が提唱されています。一部のモデルでは、この異方性を固体金属の塑性変形が引き起こす
格子選択配向と弾性異方性により説明しています。
内核は六方最密充填構造の Fe（hcp-Fe）を主成分とすると考えられていますが、この物質は一気圧下に回収することができないため変形挙動がよくわかっていません。そこで、GRC レオロジーグループでは
hcp-Fe の格子選択配向を解明することを目的として、この物質の安定領域である高温高圧下でのせん断変形実験を試みています。軸と 45°に切断された Al2O3
円柱ピストンにより挟まれた Fe 試料を高圧セルに組み込み SPring-8, BL04B1 の D-DIA 装置を用いてせん断変形させ、変形中の試料の選択配向を放射光単
色 X 線を用いた２次元 X 線回折により観察しています。今後、実験を進めることで hcp-Fe の塑性変形による選択配向の解明が期待されます。

DAC 用新レーザー加熱システム

ペロブスカイト中 Fe3+スピン転移

最下部マントル～核領域における Fe などの融解実験を高精度でおこなうためには、通常用いられる
YAG レーザーとは異なる波長領域かつ、より強力な加熱が可能な CO2 レーザーの利用が有効です。本研
究では、これまで困難であったダイヤモンドアンビ
ル装置（DAC）の両側からの CO2 加熱に加えて、加熱
試料の観察および温度同時測定を可能にするシステ
ムを構築しました。本研究では、マルチアンビル装置の圧力限界を拡張する一方で、DAC による高精度な実験を目指した技術開発も進めており、今後本システムの活用により、DAC によるより高精度な相転移・融解実験が可能になると期待されます。

下部マントル中の主要高圧相である MgSiO3 ぺロブ
スカイト中の、3 価の Fe の挙動に関して、第一原理
計算とレーザー加熱 DAC による検討がすすめられました。前者により、ペロブスカイト中の Si サイト（Bサイト）を占める Fe3+が、300K では 56GPa 程度の圧力下で、高スピン状態から低スピン状態に変化する
ことが示されました。一方後者の実験でも、この程度の圧力下で Fe3+は B サイトにおいて、低スピン状態で存在する可能性がしめされ、両者が互いによく一致することがわかり、統一的な解釈が可能になり
つつあります（本号「最新の研究紹介」参照）。

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