GRC Ｎｅｗｓ Letter2017.2.10
国立大学法人

No.47

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.grc.ehime-u.ac.jp/

目

私も修士の 2 年間（+α）お世話になりましたが、京都から名古屋に移りその研究レベルの高さに驚いたのがもう 40 年近く前のことです。名大地球科
学教室では、熊澤峰夫先生を中心に高圧地球科学の独創的研究が行われており、世界 1、2 を争う大型マルチアンビル装置を収納した 4 階建ての「極超高圧実験室」（通称 F 館）が完成したばかりでした。
当時の F 館が今も残っているとの噂を聞き、講義の合間に見に行って驚きました。確かに F 館は残っていましたが、中身は空っぽで、新しくできた化学系の WPI（世界トップレベル研究拠点）の建物がこれを文字通り覆っているという、大変興味深い光景でした。
WPI に相応しく外国人の姿も多くみられました
が、モダンな建物内部に 40 年前の建物をほぼそのまま残したのは、モッタイナイの精神でしょうか。
事の経緯は知りませんが、もし耐用年数を超えてないから残したとすると、いかにも我が国のお役
所仕事であるところが WPI の趣旨との対比で微笑
ましいところです。建物の是非はともかく、関係者としてはこのような「歴史的建造物」の一部として F 館が残るのは、大変嬉しいことではあります。
当時 F 館で威容を誇った大型マルチアンビル装
置は、その後役割を終えて解体されましたが、2009
年に GRC において最新バージョン（BOTCHAN-6000）が、現存する世界最大の同型装置として建造されました。当初は無謀だとの声も聞かれましたが、ヒメダイヤの大型化などに威力を発揮し、今ではその大容量を活かした様々な研究に活用されています。BOTCHAN の成功は国際的にも大きなインパクトを与え、中国や米国でも同様の大型マルチア
ンビル装置の建造・計画がすすめられつつあります。
40 年前に筆者が修士論文の課題として名大 F 館
で取り組んだのが、高品質多結晶ガーネット焼結体の合成と、その弾性的性質の測定でした。しかし当時はなかなかうまくいかず、この研究は日の目をみず、時々思いだしては学生と色々試みまし
たが、なかなかうまく行きません。ところがここ数年で研究が大きく進展し、昨年暮れには世界初の「透明ナノセラミックス」ともいえる、透明ナ
ノ多結晶ガーネット（NPG＝「ヒメガーネット」）

次

センター長挨拶
センター構成NEWS＆EVENTS:
透明ナノセラミックスの合成に成功
土田さん(M1)が地震学会で学生優秀発表賞
高圧下での水素化鉄生成その場観察に成功
第 4 回 PRIUS シンポジウム開催 (3/1-2)
フロンティアセミナー
ジオダイナミクスセミナー
海外出張・国際会議報告
インターンシップ報告
ALUMNIレポート No.12
最新の研究紹介
先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）

センター長あいさつ
入舩

徹男

新年おめでとうございます。
本年も GRC、及び GRC が運用する共同利用・共同研究拠点「先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）」
を宜しくお願いいたします。
昨年末に、集中講義のため名古屋大学工学部を訪れました。10 年ほど前に理学部で話しをさせていただいて以来の名大訪問でしたが、構内の入口付近には「ES 総合館」と称されるノーベル賞記念
室のある立派な建物ができ、この間小林、益川、下村、赤崎、天野教授と次々とノーベル賞受賞者を輩出した同大学の発展ぶりがうかがえました。
1

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/
高圧実験室長）
客員教授 鍵 裕之（東京大学大学院理学系研究科教授）客員教授 八木健彦（東京大学大学院理学系研究科特任研究員）
客員教授 舟越賢一（CROSS東海事業セン
ター利用研究促進部門次長）
客員教授 平井寿子（立正大学地球環境科
学部特任教授）客員准教授 丹下慶範（（公財）高輝度光科学研究センター利用促進部門
研究員）
客員准教授 西山宣正（東京工業大学科学
技術創成研究院准教授）の合成を論文発表することができました。
新年の挨拶としては相応しくない回顧録のようになってしまいましたが、この間のヒメガーネッ
ト合成に至る経緯は、科学研究にとって思い入れ
や持続性も大切だという一つの事例と考えています。ヒメガーネットが何の役にたつかはわかりま
せんが、同様の手法を用いた多様なナノ多結晶体の合成と、それらの生成機構の解明及び特性評価・
応用を、GRC「創石ラボ」における学際的研究の一つの柱として推進したいと思います。

センターの構成

（H29.1.1現在）
超高圧合成部門
入舩徹男（教 授）
大藤弘明（教 授）
大内智博（講 師）
西 真之（助 教）
野村龍一（助 教）（H29.1.1～）
Steeve Gréaux（WPI上級研究員）
國本健広（WPI技術研究員）
小島洋平（特定研究員）
Nadezda Chertkova（特別研究員）
Wei Sun （WPI研究員）
桑原秀治（学振特別研究員）（H28.7.1～）

GRC研究員・GRC客員研究員※GRC研究員・GRC客員研究員はPRIUS設置に伴い、委嘱を休止しています。



事務
研究拠点事務課
佐々木昇 （課長）田窪 光 （チームリーダー）
宮本菜津子（事務補佐員）
兵頭恵理 （研究補助員）
八城めぐみ（研究補助員）
長野絵理 （事務補佐員）
上田瑠美 （研究補助員）

数値計算部門土屋卓久（教 授）
亀山真典（教 授）
土屋 旬（准教授）
出倉春彦（講 師）
市川浩樹（WPI上級研究員）
Zhihua Xiong（特定研究員）
Sebastian Ritterbex（WPI研究員）（H28.7.18～）
白石千容（研究補助員）



物性測定部門井上 徹（教 授）
西原 遊（准教授）
境毅（講 師）
木村正樹（助 教）❖

教育研究高度化支援室（連携部門）
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（技術専門職員）
河田重栄（技術補佐員）
林 諒輔（技術補佐員）
内山直美（技術補佐員）❖



NEWS＆EVENTS

透明ナノセラミックスの合成に成功

入舩センター長らのグループは、通常の焼結法と比べてはるかに高い 10 万気圧以上の超高圧と、1400℃程度の温度を加えることにより、透明ナノセラミックスの一種である「透明ナノ多結晶ガー

客員部門
2

PARC の中性子高圧地球科学ビームライン PLANETに設置された超高圧中性子回折装置（「圧姫」）
を用いて、地球生成初期に集積した物質をモデル化した試料で高温高圧実験を行いました。この結果、高圧下で温度が上昇し含水鉱物の脱水が起きると、固体のままの鉄に水素が溶け込むことを明らかにしました。
本研究により、水素が最初に固体の鉄に溶け込み、その後に核−マントル分離や他の軽元素の溶融
鉄への溶解が起き、水素が中心核中の重要な軽元素の１つである可能性が高いことが示唆されました。本研究成果はイギリスのネイチャー出版のオンラインジャーナル「Nature Communications」誌
1 月 13 日号に発表されました（http://www.nature.
com/articles/ncomms14096）。

ネット」の合成に成功しました。得られたナノ多結晶ガーネットは、30 ナノメートル程度の超微細結晶からなり、宝石などに使われる単結晶ガーネッ
トと同程度の透光性とともに、単結晶に比べて約30%高い硬度を有することも明らかになりました。
入舩教授らは 2003 年に超高硬度ナノ多結晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）の開発に成功し、製品化されるとともに、現在では世界の多くの研究室で様々な研究に利用されています。この手法を発展させて今回開発された超高圧合成法により、今後更に新しい透明ナノセラミックスの開発と、そのレーザーや光学素子などへの応用が期待されます。
この研究成果は、イギリスネイチャー出版のオンラインジャーナル Nature Communications 誌の12 月 7 日号において公開されました。また、アメリカ科学振興協会（AAAS）発行の Science 誌 2017
年 1 月 20 日号の Editor’s Choice 欄でも紹介されました。(http://www.nature.com/articles/ncom
ms13753)❖❖2017 年 3 月 1～2 日に、本拠点の共同利用・共同研究の成果報告会を兼ねた“第 4 回 PRIUS シン
ポジウム”を開催します。今まで本拠点での共同利用・共同研究の実績がない方々の参加も歓迎しますので、このシンポジウムを機会に、今後本拠点での共同利用・共同研究を基にした超高圧科学研究の推進にご協力いただければ幸いです。
また、本シンポジウム後の 3 月 2 日の午後から
翌日 3 日にかけて同じ会場にて、愛媛大学工学部・理学部・GRC の教員による学際的研究グループである「超高圧材料科学研究ユニット」の主催する「Workshop on Materials Science under UltraHigh Pressure MATSUYAMA 2017」が開催されます
ので、続けてご参加ください。
日程：2017 年 3 月 1 日（水）13:00～2 日（木）12:00
場所：愛媛大学総合研究棟Ⅰ 4 階共通会議室
詳細：GRC HP（http://www.grc.ehime-u.ac.jp/
prius/priussymposium）

土田真愛さん(M1)が地震学会で学生優秀発表賞

GRC の亀山真典教授のもとで研究を進めている土田真
愛さん(理工学研究科博士前期課程 1年) が、2016 年 10
月 5～7 日に名古屋市で開催された日
本地震学会 2016 年度秋季大会において、学生優秀発表賞を受賞しました。
土 田 さ ん は マン
トル中に沈み込んだプレート (スラブ) の沈み込み帯ごとに異なる挙動・形態の違いが生じる原因を探るため、流体力学モデルを開発し、マントル中に沈み込むプレー
トの数値シミュレーションを行いました。この結果、660 km 不連続面のクラペイロン勾配とそこでの粘性率ジャンプの 2 つのパラメータに関する強い制約は得られなかったものの、海溝が海側に後退する速度を有意に制約できることを明らかにしました。この研究成果は、プレートやマントルのダイナミクスの理解に貢献するだけでなく、数値流体力学に基づく成果と地震学・測地学的観測とを結びつける重要な知見と期待され、審査員にも高く評価されました。


第 4 回 PRIUS シンポジウム開催（3/1-2）❖ 国際フロンティアセミナー
第 59 回“Carbon-bearing magmas and material transport
in the deep Earth’s mantle”
講演者：Prof. Konstantin Litasov (V.S. Sobolev
Institute of Geology and Mineralogy)
日 時：2016 年 11 月 17 日（木）16:30-18:00

高圧下での水素化鉄生成その場観察に成功

GRC の飯塚理子博士（日本学術振興会特別研究員：現東大特任助教）及び岡山大学・東京大学・
日本原子力研究開発機構らの研究グループは、J3

4/14 “Ab initio phonon and electron conduction
in minerals”
Dr.
Haruhiko
Dekura(AssistantProfessor, GRC)

第 60 回



過去の講演

第 455 回“Melting relations in the MgO-MgSiO3
system and the effect of otherelements under the lower mantle
condition”
Satoka Ohnishi (Ph.D. student, Ehime
University)“Numericalsimulationsofthermochemical mantle convection
with drifting supercontinent in twodimensional cylindrical geometry”
Akari Harada (Msc. student, Ehime
University)
2016.11.11“Experimental investigation into the fate of
subducted carbonates and origin of super-deep
diamonds”
講演者：Prof. Jie Li (University of Michigan)
日 時：2017 年 1 月 13 日（金）16:30-18:00
第 61 回

第 456 回“From modeling defects to the rheologyof the Earth's interior”
Dr. Sebastian Ritterbex (Postdoctoral
Researcher, ELSI-ES, GRC) 2016.11.18
第 457 回“ Synthesis of transparent sinteredbodies of polycrystalline pyrope athigh pressure and high temperatureand their characteristics”
Daisuke Furuta (Msc. student, Ehime
University)“Lattice diffusion in B2-type MgO”
Takafumi Harada (Msc. student, Ehime
University)
2016.11.25“ Thermo-chemical-tectonic evolution ofterrestrial planets: the key influence ofmagmatism”
講演者：Prof. Paul J. Tackley (ETH Zurich)
日 時：2017 年１月 16 日（月）16:30-18:00

第458 回“Development of externally heateddiamond anvil cell technique for hightemperature studies of fluids and 今後の予定（詳細はHPをご参照下さい）
silicate melts”
Dr. Nadezda Chertkova (Postdoctoral
２月
Researcher, GRC)
2016.12.2
2/3 “Estimate of the outer core composition”
Dr. Hiroki Ichikawa (Senior researcher,
第 459 回“High temperature generation using
ELSI-ES, GRC)
“Exploring the origin of carbonado,
naturalpolycrystalline
diamond,
2/10 (Advanced Science Seminar)fromits
primarynano-inclusions”“Diamond formation from various C-H-O
Natsuko Asano (Msc. student, Ehime
fluids under the mantle conditions”
University)
2016.12.9
Dr. Hiroaki Ohfuji (Professor, GRC)

ジオダイナミクスセミナー

第460 回“Experimental study on the stability
and physicochemical behavior ofmethane hydrate under high pressureand high temperature”
Hirokazu Kadobayashi (Ph.D. student,
Ehime University)

2/24 (Advanced Science Seminar)“Ab initio core model”
Dr. Taku Tsuchiya (Professor, ELSI-ES,
GRC)
４月
4

“Equation of state of Al-bearinghydrousbridgmanite:
technical
development for in situ X-ray closed
system experiment”
Sho Kakizawa (Ph.D. student, Ehime
University)
2016.12.16
第 461 回“Metal-silicate partitioning of halogens:
Implications for the abundance andorigin of terrestrial halogens”
Dr.
Hideharu
Kuwahara(JSPS
Postdoctoral Researcher, GRC)
2017.1.6
第 462 回 (Advanced Science Seminar)“ Recent progress for our“hydrous
bridgmanite” project”
Dr. Toru Inoue (Professor, GRC)
2017.1.20
第 463 回 (Advanced Science Seminar)“ First principles investigation ofhigh pressure behavior of FeOOH”
Dr. Jun Tsuchiya (Associate Professor,
ELSI-ES, GRC) 2017.1.27

今回、当センターが誇るヒメダイヤ（ナノ多結晶ダイヤ）の高圧合成とその特徴についての基調講演を依頼された入舩センター長に代わって発表するために、初めて参加してきました。固体レーザーの媒体としては希土類元素をドープさせた結晶（単結晶）やガラスが一般的ですが、近年では高い透光性を持つセラミクス（多結晶体）も用いられるようになっています。そのような良質の透明セラミクスの合成は、ナノサイズの粉末を高圧下で焼結させることにより行われています。ただし、高圧といっても多くの場合は数十 MPa 程度で熱間等方加圧法（HIP）や放電プラズマ焼結法（SPS）
により合成されており、我々が身近な GPa レベルの超高圧は必要ありません。
海外出張・国際会議報告
私はヒメダイヤや最近発表した“ヒメガーネッ
ト”（ナノ多結晶ガーネット）を例に、超高圧下に❖ 12th Laser Ceramics Symposium (LCS 2016)
おける前駆体やガラスからの直接変換焼結の利点（多核形成が促進される一方、粒成長は抑制され、2016 年 11 月 28 日から 12 月 2 日にかけてフラ空隙率も限りなくゼロに近づく）をアピールし、
ンスの Saint-Louis（サン・ルイ）で開催されたシ
従来にない新しい透明ナノセラミクスの合成法とンポジウム「12th Laser Ceramics Symposium」へしての可能性を提示してきました。なかなか受け
参加してきました。サン・ルイはフランスの東のは良く、多数の質問やコメントをいただき、特に、
端、ドイツとスイスとの国境の三重点のすぐそば
透明セラミクスで新たなブレイクスルーを狙う日にある小さな街で、空からの玄関口は「ユーロエ
アポート・バーゼル=ミュールーズ」というスイス、 本の民間企業や大学、研究所の方に興味を持っていただいたようで、今後は共同研究などへも発展
フランス両国の街の名前のついた空港でした。空しそうです。今回は、普段とは全く異なるコミュ
港について入国を済ませた時にはすでに夜の 10
ニティーへ飛び込んだわけですが、連日の議論や時を回っており、タクシーでホテルに移動しまし交流を通して、透明セラミクスの研究分野においたが、クリスマスシーズン前ということもあり、ても様々な人脈やコネクションを築くことができ
街中が青白い LED で飾られていたのが印象的でしたのは良い収穫でした。
た（不動産屋の空き物件を掲示する枠までもが、シンポの最終日、閉会後、会場から 2km ほどの
1 軒分ずつ LED で縁取られているのは斬新でした）。
ところにある国境の三重点（ライン川の真ん中で
翌日からのシンポに参加して分かったのですが、すが）を一目見ようと、ひとり足を運びました。
サン・ルイにはフランス－ドイツ両国の共同運営
無事写真に収めると、そのすぐ北に、歩いてドイ
による国防技術のための研究拠点 ISL（Instituteツ側へ渡れる立派なつり橋があることに気づきまof Saint-Louis）があり、透光性セラミクスなどの光学材料の研究開発にも力を入れているようで、 した。試しにその橋を渡ってみたのが長い散歩のはじまりでした。その後、ドイツからスイスへ入そうした背景もあってハイテクな街として印象づ
国し、バーゼルの古い街並みを散策し、再びフラ
けようとしているのかもしれません。
ンスへ戻ってきた頃にはあたりは真っ暗になって前置きが長くなりましたが、同シンポはレーザーいました。ホテルに戻ってきたのは 7 時過ぎで、光学材料としての透光性セラミクスの合成や特性
実に 3 時間半、14km にわたるぶらり旅で、革靴を評価などを中心とした研究成果を発表・共有する場として毎年各国に舞台を移して行われています。 履いていた足の裏はマメだらけになりましたが、徒歩による 3 カ国周回の旅はなかなか貴重な体験
5

に重要かを私に気づかせてくれたと思います。私にとってそれは本出張で得られた学術的な成果に匹敵する価値あるものと確信しています。
ISSP の研究者との交流を図るための研究セミナーを開く機会にも恵まれました。セミナーでは、鉱物の格子熱伝導率に関して私がこれまでに行ってきた研究を紹介しました。聴衆の方(おそらく)全員が物性物理学を専門とする研究者・学生だったと思いますが、私の研究は固体である鉱物を対象とした物性理論物理学という側面も持っているため、彼等にも興味を持ってもらったように思います。実際、セミナー中はもとよりセミナー後も彼等から物性物理学的視点から質問・コメントを多くいただくことができました。先述の Wang 教授
を含め、ISSP の研究者は学外研究者と積極的に交流を行っていることが印象的でした。
本滞在期間中、私の知人の Tao Sun 博士(中国科学院大学地球科学学院。北京市)を訪ねました。Sun
氏は私の研究テーマである鉱物の熱伝導と密接に関連するフォノン-フォノン相互作用に関する造詣が深いこともあり、それについての専門的な議論を行うことができました。そこで得た知見を最近投稿した学術論文に盛り込むことができたことは大きな収穫でした。
終わりに。本稿では文字数の都合(1500 文字)により割愛した中国滞在中のエピソードが多い。思いの儘に綴った日記めいた散文の字数は二万字を優に超えている。この事実はとりもなおさず、本滞在が私にとっていかに実り多いものであったかを示している。それはまた同時に、私の再訪中への想いを表すものでもある。彼等と再び会えることを願いつつ、筆を擱くことにする。(出倉春彦)

でした。その後、イタリアンレストランで日本人研究者の方と合流してサイエンス談義を楽しみ、充実の一日を締めくくりました。（大藤 弘明）❖

中国科学院固体物理研究所に滞在して2016 年 11 月 7 日から 11 月 25 日までの 19 日
間、中国科学院の固体物理研究所(以下、ISSP)に滞在しました。中国科学院は先端科学技術を有す
る国内最高研究機関として位置づけられており、ISSP はそれの附置研究所として物性物理学・材料科学の研究・教育の役割を担っています。ISSP には多くの固体物理学者が在籍しており、カバーしている研究分野は、ナノ構造物性、半導体物性、結晶欠陥、計算物質科学、新規機能性物質探索、
電子輸送特性、強相関電子物性、超伝導、など多岐にわたっています。ISSP がある合肥市には省都として行政施設が多数置かれているほか、主要大学があることに関係して技術研究開発施設に重点が置かれた都市開発が進んでいるようです。そのせいか、どこか都会の喧騒を離れた一隅のような雰囲気を街から感じることができ、滞在中は落ち着いた時の流れを満喫できました。

ISSP では私の盟友であり受入研究者でもある
Xianlong Wang 教授と共に、地球の下部マントル
構成鉱物の高温・高圧下における電子状態や原子の振動特性について、第一原理量子力学計算に立脚した研究を進めました。Wang 氏は、博士研究員の頃から GRC の鉱物物性理論グループの土屋卓久
教授と共同研究を行っており、地球深部物質科学に関する造詣が深い方です。そのため、私の ISSP
滞在中、氏から多くの有益なコメントをいただくことができ、研究を円滑に進めることができました。
Wang 氏には生活面でも大変お世話になりました。毎日の食事一つとってもいつも気に掛けてく
ださり、自宅へ夕食の招待をしていただいた日もありました。また、滞在したホテルで軽微な電源トラブルがあったときにも、夜にもかかわらず、
私のホテルまで駆けつけてくださったり、休日には Wang 夫妻に市外へ観光案内いただいたりと、私の中国生活はいつも氏と共にありました。氏とお互いに抱えている悩みや幸福観、そして将来について多くのことを語り合った一日一日の積み重ねが、人と人との精神的な交流が生きるうえでいか6

インターンシップ報告❖

Explorations of new boron-rich compounds
Hu Tang（D2, HPSTAR, China)

In system of high borides, boron atoms
display very complex three-dimensional arrays.
Usually metals and transition metals (e.g.
Li, Na, Al, Mg, Ca, Cr, Mn, Fe, W and Mo) canbe inserted into the three-dimensional boron
network, which may display fascinatingcatalytic and thermoelectric properties. It
is also expected that higher boron-contained
compounds, may have a greater hardness byforming short and strong covalent bonds.
Furthermore, boron-rich compounds aspotentially superhard materials display two
advantages over the diborides: (1) reductionof the overall production cost because of
relatively low cost of boron compared with 5dtransition metals; (2) lower density and thus
light weight which benefit many engineering
applications. Static high pressure techniqueprovides a change for synthesizing new boronrich compounds. In this research project, we
focused on the synthesis of WB4 and MoB4 underhigh pressure of 10～20 GPa.
I am very glad to have the opportunity tocomplete our experiments in GRC. GRC is a greatlaboratory. It has a very comprehensive
experimental facilities. I learned many new
tools and techniques, which will help me infuture work. In particular, grasping the skillof designing a suitable cell is important forme. I am very grateful to Irifune-sensei,
Shinmei-sensei, Yashiro-san, Zhou-san, Xu-sanand Li-san for their help during this time.
A series of experiments were performed
using 14/8 and 10/4 cell assemblies in 2000tons split sphere multi-anvil press equipment.
The chemical composition and microstructure
were studied by employing micro-focus X-ray
diffractometer and field emission scanningelectron microscopy. These results revealthat the large-sized MoB4 and WB4 crystals canbe synthesized by a process of fast chemical
reaction under high pressure and hightemperature, which also help the subsequent
tests of physical and chemical properties.
These fundamental understandings of theseborides will reveal underlying physics andchemistry that govern the phase stability andmaterials behaviors under equilibrium andextreme conditions, which may form the basis
forestablishingapredictivemodel
describing the correlation among materials
composition, microstructure and bonding
controlling, superconducting properties.

Many years have elapsed since my memorable
sabbatical in Matsuyama in 2003 during thevery early days of the Geodynamics ResearchCenter. I thoroughly enjoyed my interactions
then and since with GRC Director and longtime friend Professor Tetsuo Irifune, andalso with many other past and current GRC
staff, students and visitors. I have visited
Ehime University and the GRC several times
since then, most recently for the 3rd GlobalCOE international symposium on Deep EarthMineralogy in conjunction with TANDEM 2013.
I hope to return to Matsuyama for a brief
visit after the joint JpGU-AGU meeting in May.
Following retirement as Director of the
Research School of Earth Sciences at theAustralian
National
University,
andappointment as an Emeritus Professor in late2015, I have maintained an active research
program within the School’s Rock Physics
Research Group.

10

Disloc. creep, σ = 150 MPa,
T = 1200ºC, P = 0.3 GPa-3Strain rate, 1/s

10Absorbance cm-1

3

-4

10

-5

10

-6

2

1
hydroxyl03700

m olecular w ater

3500
3300
Wave number, cm -1

3100

HK03

b

CP84
10

-7

1

10

100

1000

Watercontent, ppm H/Si

A recent highlight of my research is acollaborative study with Ulrich Faul (MIT),PhD student Chris Cline, Emmanuel David (UCL),
and ANU colleague Andrew Berry, of the hightemperature rheology of synthetic olivinethat has identified the defect responsible
for the previously reported water-weakeningof mantle olivine (Fig.1：Faul et al., Earth
Planet. Sci. Lett., 2016). It is a Tihydroxyl defect, with a distinctive infraredabsorption spectrum, that is stable under the
relatively oxidising, water-undersaturated
conditions prevailing within Pt-sleeved Tidoped olivine. Similarly oxidising andhydrous conditions prevailing within Pt
sleeves are responsible also for reduced
shear wave speeds and increased dissipation
observed in parallel low-strain forcedoscillation tests - probably through enhanced
grain-boundary sliding (Cline et al., Nature,

ALUMNI レポート⑫❖ オーストラリア国立大学地球科学研究所
教授
Ian Jackson7

ビルセル(DAC)グループゼミを行っていました。毎週のゼミで、「こうではないか、いや、むしろああではないか」と、白熱した議論を（特に客席にいる教員同士で）行っていたことが懐かしく思い出されます。また、G-COE プログラムの始動により、他の研究グループでも博士研究員や博士課程在学中の学生がそれ以前と比べて（おそらく）倍以上に増え、大変活気があったことを覚えております。
G-COE プログラムの一環として、海外や国内の大学の著名な講師を招いた集中講義やセミナー、インターンシッププログラムなども頻繁に行われていました。当時の私は博士課程を修了して数年がたち、いろいろな分野のことが少しずつ見え始めてきた時期であり、それらについてさらに詳しく知りたいとも思っていた自分にとって、当時の状況は大変有益かつ楽しいものでした。夏には毎年、土屋教授らと共に、高知の山奥の渓流沿いにある、
廃校になった小学校の校舎を改装して宿泊施設にした「しもなの郷」まで出かけて行き、サマース
クールと称した勉強会合宿を行いました。これまで、河合研志准教授、大村訓史准教授、金嶋聰教授、田中聡博士、
Bijaya Karki 教授、
松井宏晃博士、大滝壽樹博士、John Hernlund 博士、ChristineHouser 博士、他大学の学生らも参加してくれました。昼は研究セミナー、休憩時間は川で水泳、そして夜はバーベキューや温泉、花火と、夏の息抜
きも兼ねつつ、大変密度の濃い勉強会を行なうことができました。他にも G-COE プログラムの活動として行なわれた、カーネギー研究所（ワシントン）やバイエルン地球科学研究所（バイロイト）でのワークショップ等に参加したり、カリフォル
ニア大学バークレイ校やパリ第 6 大学に滞在した
りと、研究面のみならず人脈の幅を広げるうえで大変有意義な研究生活を送ることができました。
一方で、GRC の博士研究員や愛媛大学の学生との研究生活を行えたことも、大変勉強になる有意義な機会でした。特に、当時 GRC の博士研究員だった木村友亮博士および現在博士課程の大西里佳
さんとは、CO2 レーザーを使ったダイヤモンドアン
ビルセル用の加熱光学系を設計するところから一緒に研究を行い、木村博士とは氷の高圧下での融点を、レーザー加熱 DAC を用いて決定する実験を行いました。彼はその後大きく研究の幅を広げ、現在は東北大学で日本学術振興会の博士研究員として、意欲的に研究をしているようです。大西里
佳さんは、研究室配属された愛媛大学地球科学科
3 年生の後期から７年以上にわたり、一緒に研究を行ってきました。そして、先日、彼女の行ってきたレーザーDAC を用いた「高圧下における MgOMgSiO3 系 の 融 解 関 係 」 に 関 す る 研 究 成 果 が 、「Physics and Chemistry of Minerals」誌に掲載され、彼女はまさに今、博士号を取ろうとしているところです。私にとって学生や博士研究員と１対１で研究することは初めての経験で、彼らを色々と戸惑わせてしまったに違いないと思います

submitted). Complementary torsional andflexural oscillation tests of partiallymolten synthetic dunite show that its
mechanical behaviour can be understood interms of the relaxation only of the shear
modulus, but the method proves to beinsensitive to possible relaxation of thebulk modulus (Cline and Jackson, Geophys. Res.
Lett., 2016). Another experimental PhD
project completed in 2016 by Yang Li,
involving a broadband study of the seismic
properties of synthetic glass media both dry
and fluid-saturated (collaborative with
Kneafsey, Lawrence Berkeley Laboratory),
Emmanuel David, Douglas Schmitt, Universityof Alberta, and Seiji Nakagawa and Timothy
has clearly shown that ultrasonic wave speed
measurements at MHz frequencies and forced
oscillation tests at seismic (sub-Hz)
frequencies probe different regimes ofstress-induced fluid flow in low-permeability
cracked glass materials. These results have
implicationsforinterpretationofseismological models for the upper crust. The
ambitious PhD project of Richard Skelton (cosupervised with Andrew Walker, University ofLeeds) is nearing completion with thedevelopment and application of versatile
computer software for the modelling of
dislocations in minerals including thesimulation of dislocation slip with and withoutadhering point defects involving protons.
❖

東京大学大学院理学系研究科特任助教 桑山靖弘

私は 2009 年 4 月から 2016 年 12 月までの 7 年 9
か月間、GRC でお世話になりました。私の着任当時は G-COE プログラムがスタートした翌年で、GRCが大きく変わろうとしているときだったように思います。新たに設けられた量子ビーム部門には、私のほかに平井寿子教授や藤野清志教授も着任され、当時助教であった大藤弘明教授の研究室を加えて、総勢 15～20 人の大人数でダイヤモンドアン
8

が、彼らが私の未熟さという逆境をばね（？）に研究に励み、そして今、それぞれ次のステージへ進んでくれるのは感慨深いものがあります。その他にも、GRC の多くの方々と共同研究を行うなど、この７年半でいろいろな経験を積むことができました。
私は、この 1 月から、東京大学地球惑星科学専
攻で働くことになりました。私は、自分自身では、これまで固体に関する研究ばかりを行ってきたと思っていたのですが、今思い返してみると、液体
金属鉄の研究、氷の融解実験、そしてケイ酸塩の融解実験など、ここ数年は液体に関する研究の比率がずいぶんと増えてきました。東京大学では、特別推進研究課題「高圧液体の挙動と初期地球進化」のための特任助教としての採用ということで、さらに「地球深部の液体」にフォーカスして研究を行っていこうと思っております。およそ 8 年間、ずいぶん長い間愛媛大学で皆様にお世話になりましたが、そこで学んだことを糧にまた新たな環境で研究に励んでいきたいと思っております。
❖ 冨士ダイス（株）秦野第 2 工場
材料開発部 藤井卓
私は2016
年 3 月に
GRC にて博士後期課程を修了し、同年 4
月から冨
士ダイス
株式会社
で働いて
います。弊社は主として超硬合金製の耐摩耗工具の生産・販売を行っている会社で、耐摩耗工具とは、主として皆さんの身近にある、ありふれた製品を作るための工具です。例えばジュースの缶や自動車部品を作るための工具など。その為、製造業の企業間では良く知られていますが、普段の生活において耳にする機会は少ないと思います。ただ、高圧業界向けにも、超硬合金やセラミックスで製作したアンビルやシリンダーなどの販売も行なっていますので、ご存知の方も多いと思います。
私が現在所属する材料開発部は神奈川県の秦野
市にあります。秦野市は松山と比較してもかなりの田舎で、飲む場所も限られますが、自然に囲まれた長閑な生活を送っています。その一方、電車に乗ると新宿歌舞伎町まで 1 時間程度で着き、箱根や熱海、湘南も近く観光にも困ることなく便利な生活をしています。また盆地ではありますが、富士山の方角のみ山脈が途切れているため、毎日富士山を見ながら出社しています。最近では真っ白に雪化粧をしていてとても美しくなっています。
GRC には学部・修士・博士の学生として在籍させて頂きました。GRC を卒業し早 1 年が経ち、外9部に出て改めて GRC の設備や環境が非常に恵まれていたことに気が付かされています。在籍中はダイヤモンドアンビルセルとマルチアンビル高圧発生装置を用いて、下は 30 K 程度の低温から上は2000 K 以上の高温まで、圧力は 90 GPa 程度までと、非常に幅広い温度圧力領域において様々な研究をさせていただき、それらの研究を通して、研究の進め方や視野広さの重要性を教えていただきました。また KEK や SPring-8 での放射光実験、学会発表等多くの経験を重ね、特に在籍期間の一部
は、ちょうどグローバル COE 期間と重なっていたため、多くの先生や研究員の方々と接し、ご指導を賜れたことは私の財産となっております。そのため先生方や研究員、事務員の方々、先輩・後輩には非常に感謝しております。
現在の会社での業務は、主に原料粉末の検査および超硬合金の材料開発です。原料粉末の検査は、製品の品質がかかっているのでいつも緊張して検査を行っております。超硬合金の開発は、高圧発生用の超硬合金ではなく金型用の材料を開発しています。ターゲットは鍛造向け金型と呼ばれるもので、自動車部品のギアなどを製造するのに必要な金型です。バルクの金属を金型に押し付け成形するため、このような金型には粗粒な粒子と高い靭性が求められます。そのため和田(GRC 卒業生、
現冨士ダイス)が開発した超微粒超硬合金やナノ
微粒バインダレス超硬合金とは真逆の材料を開発しております。また、超硬合金以外にも高圧技術を用いた新規材料の探索も行っております。このALUMNI レポートが掲載される頃には終えている
はずですが、リクルーターとして GRC にもお伺いさせていただく予定となっております。GRC を卒業することで遠ざかったと思っていた高圧業界もまだまだ関わる事ができ、研究生活で培った知識や経験を十分に活かせ、日々成長できる環境にあると思っております。

最新の研究紹介❖ Atomic diffusion in solid Fe at Earth’sinner core conditions
Already in 1952 F. Birch showed thatcrystalline iron is the main constituent of
the Earth’s inner core. The thermomechanicalproperties of solid iron at high pressure andtemperature therefore mainly control the
dynamics and evolution of the Earth’s innercore. One of those properties is atomic
diffusion which plays a key role in many
processes, such as plastic deformation(viscosity) and crystal growth. Ongoingdebate about the seismologically observed

condition largely stagnates
understanding
mantle evolution and water distribution in
the wedge mantle. Especially on temperaturedependence, linear extrapulation from low
temperature results (<1000 K, Inoue et al.,
1998; Jacobsen et al., 2004, 2006; Mao et al.,2012) to the mantle geotherm (>1500 K) mightcause large error because of nonlinearity ofvariation of elastic moduli. On the other
hand, Fe and water dependence on elastic
properties of wadsleyite have never beensystematically studied, which are criticalto understand the origin of the observed
seismic abnormalities and evolution of thewedge mantle.
Among all the methods to investigate
elastic wave velocity, ultrasonic method is
the sole one that can realize both hightemperature and pressure. In this study, we
employed ultrasonic method combined withobservations developed by Higo et al. (2008)
to determine P- and S-wave velocities of
wadsleyite at high temperature and pressure.
We have finished ultrasonic measurements on
dry wadsleyite synthetized with different
multi-anvil apparatus and in-situ X-ray
content (Fe#=0 and 10), up to 1500K and 20
GPa. P- and S-wave velocities of wadsleyite
display the clear decrease trend as Fe
content increase. Based on our results,
variation of seismic velocities observed
among locations at the transition zone depth
could be explained by Fe content variation in
wadsleyite except wedge mantle, which isconsistent with the conclusion from electricalconductivities (Yoshino et al., 2009).
In the future, we would like to explore our
synthesis experience and ultrasonic measuretechnique to wet wadsleyite with diverse
water contents and determine P- and S-wave
velocities of wadsleyite as function ofpressure, temperature and water content, so
as to constrain the water distribution andits absolute content at the wedge mantle
transition zone. (Sun Wei)

elastic anisotropy of the Earth’s inner core
has led to several suggestions to find its
origin in non-uniform core growth, dendritic
crystal growth (core solidification) or insolid-state flow (formation of LPO), all which
depend on atomic diffusion processes.
Since experiments are extremely difficultat the pressure and temperature conditions of
the inner core, computational mineral physics
provides an alternative to study atomic
diffusion in iron under those conditions. In
this work, a computational mineral physics
approach is used to investigate diffusion ofvacancies by means of defect energetics as itlargely determines the rate of vacancy
diffusion. First principles simulations havebeen performed to calculate enthalpy ofvacancy formation in FCC- and BCC- and HCP-Fe
in relation to self-diffusion at a pressure range
up to the conditions of the Earth’s inner core.
Vacancy formation enthalpy controls the
diffusion process to a large extent as it isexponentially proportional to the inverse of
vacancy concentration. This intrinsic vacancy
concentration plays an important role inmetals in contrast to ionocovalent minerals
where extrinsic vacancy concentration candetermine effective vacancy diffusion. The
effect of pressure on intrinsic vacancy
concentration in iron is found to besignificant.
Withvacancyformationenthalpies in the order of 10 eV at 320 GPa,
we have estimated the intrinsic vacancy
concentration of the most stable HCP- and
FCC-Fe at 5500 K to be 0.01% of the intrinsic
vacancy concentration in BCC-Fe at ambientpressureconditions
near
themelting
temperature. This shows that pressure
substantially suppresses defect concentrationin iron at inner core conditions. Consequently
the rate of vacancy diffusion will bestrongly inhibited. The question then arises
whether other mechanisms allow to enhancevacancy concentration in iron under innercore conditions. If not, the latter will havedirect consequences for the interpretation of
the seismologically observed inner coreanisotropy in terms of intracrystalline
plasticity.(Sebastian Ritterbex)❖ 下部マントル条件下における MgO-MgSiO3 系の溶融関係
これまで、上部マントル圧力条件下での溶融実
験は比較的広い組成範囲で行われてきた。一方、下部マントル圧力条件下においてはパイロライト
や中央海嶺玄武岩など限られた組成でしか溶融関係が明らかにされていない。化学組成の違いは溶融関係に大きな影響を及ぼすため、組成を関数と❖ Elastic properties of wadsleyite to themantle geotherm
Current poor knowledge on elastic propertiesof wadsleyite relevant to the transition zone
10

した溶融関係の相図を決定することは極めて重要である。下部
マントルの主要構成鉱物はペリクレースとブリッジマナイトであるため、その Mg 端成分である MgO-MgSiO3 2
成分系における溶融関係の相図は最も基
本的な情報である。これまで、MgO-MgSiO3 系の溶融関係は圧力 26
GPa まで決定されている (e.g. Liebske andFrost 2012)。これは下部マントルの最上部に相当する圧力であるため、より高い圧力条件下での溶融実験を行う必要がある。そこで、本研究では下部マントル圧力条件下での MgO-MgSiO3 系の溶融実験手法を確立し、溶融関係の解明を行った。
出発物質には組成が均質なガラスを用い、高温高圧発生装置には下部マントル温度圧力が発生可能なレーザー加 熱 ダ イ ヤ モ ン ド ア ン ビ ル セ ル(LHDAC)、加熱には直接加熱可能な CO2 レーザー加熱装置を用い、加熱後の試料は dualbeam 収束イオ
ンビーム(FIB)にて試料断面を研磨し、電界放出型
走査型電子顕微鏡(FE-SE)による分析を行った。約35 GPa、約 4000 K で実験を行ったところ、加熱中心部に楕円形の融解組織が観察された。組成分析を行ったところ、融解部分の縁に沿うように MgO 単相が形成され、融解部分の組成は出発物質と比べて MgSiO3 に富むことが明らかになった。
このことから、この条件では部分溶融が生じており、リキダス
相が MgO であると判断できた。また、Si/Mg モル比が高い出発物質を用いた場合、MgO 相は観察されず、融解部分に隣り合うように MgSiO3 相が形成された。
同様の実験を圧力、組成を変化させて行った。
共融組成は①リキダス相が変化する組成、②メルトの組成の 2 点から制約できる。これら 2 つの方法を合わせて正確な共融組成の制約を行った。
また、対称型正則溶液を仮定して熱力学計算を行うことで、実験条件以上の圧力下における共融組成の制約を試みた。 実験により得られた共融組成、及び先行研究の値を用いることで、各圧力における相関パラメータ W を算出し、これに基づき共融組成が制約された。この結果 MgO-MgSiO3 系の共融
組成は 80 GPa 以下では圧力増加と共に MgO に富む。さらに、80 GPa 以上ではほぼ一定の値を示し、マントル最下部での共融組成は約 0.64 Si/Mg モル比であることが明らかになった。また、溶融相図を決定したことで、任意の組成及び圧力で溶融関係を議論することが可能となった。本研究は下部マントルの溶融関係を理解する上での基礎的情報を与え、地球の進化過程及び現在の地球内部構
造、特に溶融・分別に関して極めて重要な制約条件を提供する。
（大西里佳（D3））❖

course. In August 2013, I visited the GRC andgave two seminars on high-pressure components
of natural diamonds and diamond-forming
silicate-carbonate systems. During this visit,
we prepared an agreement between the
Geodynamics Research Center and Geological
Faculty of the Moscow State University, which
was later signed by Professor Tetsuo Irifune,
Director of the GRC and Academician Dmitry
Pushcharovsky, Dean of the Geological Faculty.
A very important event of our cooperation was
an International Seminar “High-Pressure
Mineralogy: Theory and Experiment”, which washeld at the Moscow State University on
October 22, 2015. We were very glad to meet
professors Tetsuo Irifune, Toru Inoue, Hiroaki
Ohfuji (GRC), Hiroyuki Kagi (University ofTokyo), and two students Natsuko Asano and
Masahiro Kobayashi. Our group including
Professor Andrey Bobrov, PhD Ekaterina

PRIUS 利用者の声

Our cooperation with GRC team and personally
Professor Tetsuo Irifune was initiated in 2012,
when
Ekaterina
Sirotkina,
fourth-year
undergraduate student, visited the highpressure lab of the GRC and got a very goodexperience in multi-anvil experiments. The
results of this study were used in her Master11

Sirotkina, Master student Anastasiya Tamarova(Moscow State University) and Professor Luca
Bindi (Firenze, Italy) participates in the
PRIUS projects, and students from the Moscow
State University every year visit the GRC for
multi-anvil experiments. Currently we haveeight joint papers in high-rank international
journals.
The problem of the composition andstructure of the deep Earth has been debatedover the past decades. It is generally
considered that a relatively small group ofelements (Si, Mg, Fe, Al, Ca, and O) is
predominant in Earth’s interior. A huge
experimental database is currently available
on a number of the model (basically,
illustrating the Mg-Fe isomorphism in highpressure phases) and multicomponent (withpyrolytic and eclogitic compositions) systems.
However, models of the chemical and phasecomposition of deep Earth also should accountfor the high-pressure behavior of rareelements and, in particular, potential phases
accumulating these elements at mantle depths.
In our projects, we study incorporation ofminor elements (Cr, Ti, Na, etc.) and theirinfluence on physicochemical parameters ofphase transformations on a multianvil (Kawaitype) split-sphere press at the GRC. To
obtain maximally indicative values of minor
element concentrations and to plot reliable
P-X phase diagrams, we select the model(mostly simple binary) systems, in which runs
are performed with small steps in pressure(and/ortemperature)andcompositional(concentration of minor element) variations.
In recent years, our research was mainly
focused on incorporation of Cr, Ti, and Na in
the phases of the Mg4Si4O12–Mg3Cr2Si3O12 (Fig.
1),
Mg2SiO4–MgCr2O4,
MgSiO3–MgTiO3,
andpyrolite–Na-rich carbonate systems at 10–24
GPa and 1300–2000°C. Structural refinementof the mineralogically interesting phases issupervised by Professor Luca Bindi isperformed by the method of single-crystal Xray diffraction.（Moscow State University,
Professor，Andrey Bobrov）❖ PRIUS利用者の声
水素は含水鉱物や、無水鉱物中にとりこまれた
微量元素として地球内部に少なからず存在していると考えられています。鉱物の場合、共有結合からイオン結合的な強さでフレームワークが出来上がっていますが、水素結合はそれらに比べると弱い結合であるため、圧力に対してフレキシブルな部位として応答するのが一般的です。一方で圧力は水素結合を含むふたつの酸素間の距離を縮めます。二つの酸素間の距離が縮むにつれ、間におかれた水素は両側の酸素とより強く相互作用するようになり、圧縮されにくくなるなど、低圧で一般的に考えられているルーズな結合とはまた異なる様相を呈するようになります。そのため、水素が構造中に存在する場合になぜ鉱物の物性が変化するかを議論するためには、高圧下その場観察で水素位置を直接決定することが重要であり、中性子
実験はそれを可能とする強力なツールです。博士課程の時のテーマのひとつとして高圧下中性子実験を行ったことをきっかけに、今は東海村の中性
子施設 J-PARC 内の高圧実験専用ビームラインで、ビームライン担当者としてユーザーのサポートと研究にあたっています。

中性子実験には放射光に比べて大きな試料体積が必要です。目的にもよりますが、パリ-エジンバ
ラプレスの場合、10 GPa 以下なら 76 mm3 程度、20 GPa 程度を目指すなら 26 mm3 程度の試料が必要となります。中性子実験に必要な大きな試料の合成のために以前から GRC のプレスを利用させていただいておりましたが、PRIUS が始まってからは、旅費や消耗品のサポートを受けられることとなり非常に助かっています。また滞在中には GRCの研究者の方が気さくに声をかけてくださることが嬉しく、ちょっとした実験の工夫の話から研究の立ち入った議論まで広く話せることも非常に刺激となっています。
昨年度、今年度と申請が受理され、滞在中は井上先生をはじめスタッフの方々だけでなく学生の方にお世話になりつつ、これまで計 3 回の滞在を経て目的の試料を合成するための条件出しが進んできています。面白い結果をまとめられるまでもう少し、これからも度々松山にお伺いすると思いますので、よろしくお願いいたします。
（日本原子力研究開発機構 J-PARC センター 副主任研究員 佐野亜沙美）
編集後記：超高圧合成によるナノ多結晶宝石シリーズの第 2 弾はガーネット。様々な色の「ヒメガーネ
ット」ができそうです。（T.I & Y.M.）

12