GRC Ｎｅｗｓ Letter2021.10.30

No.61

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.grc.ehime-u.ac.jp/

目スは、プリンストン大学上席研究員の眞鍋淑郎先生が今年のノーベル物理学賞を受賞されたことです。真鍋先生は地球科学分野から初のノーベル賞受賞者であり、GRC とも関連の深い、地球物理学的手法に基づく研究が高く評価されました。
これまで地球科学分野はノーベル賞の対象外とされており、これに代わる賞として 1980 年に同じ
くスゥエーデン王立科学アカデミーにより「クラフォード賞」が創設され、数学・天文学、地球科
学、生物科学分野の研究者に授与されています（真鍋先生も 2018 年の受賞者）。今回の眞鍋先生のノーベル賞受賞は、この点において驚きであるとともに、我が国のみならず世界中の地球科学分野の研究者や学生に、大きな夢と希望を与えてくれました。
GRC にとってもう一つの大変嬉しい理由は、眞鍋先生が愛媛のご出身であるという点です。愛媛出身のノーベル賞受賞者は、大江健三郎・中村修
二両氏に加えて 3 人目。日本からのこれまでの受賞者が 28 名ですから、その 1 割が愛媛出身ということになります。受賞者の出身地は大阪と京都が各 4 名で、愛媛は東京とともに第 3 位の地位を占めます。愛媛県の人口は 130 万人程度ですから、
最近はやりの 10 万人あたりの数で比較すると、突出して全国第一位といえそうです。
愛媛は教育熱心な土地柄であるとされており、現在でも小中学校の学力テストなどでは常に全国上位をキープしています。幕末においては幕府側につき、お隣の土佐藩に占領された痛い歴史をもつ伊予の国では、明治維新後も政治の世界では日の目をみず、「文」に活路を見出さざるを得ませんでした。小説「坂の上の雲」で有名な、日露戦争の雄である秋山好古・真之兄弟も、当初は文で身を立てることを考えていたとのこと。ノーベル賞受賞者の多さに比べ、総理大臣を一人も出していない背景には、このような愛媛の歴史と土地柄が関係しているのかもしれません。
一方で、ノーベル賞受賞者が郷土の英雄視されているかというと、必ずしもそうでもない雰囲気も感じます。愛媛に留まる人は仲間だが、外に出次

センター長挨拶
センター構成NEWS＆EVENTS:「透明ヒスイ」の超高圧合成
火星マントルにおける地震波低速度領域
第2回惑星深部研究会の開催
ヒメダイヤがJSTのScience Portalで紹介
第5回GRCイメージコンテスト2021
PRIUS共同利用者等の受け入れ
ジオダイナミクスセミナー
ALUMNIレポート No.26
最新の研究紹介センター機器紹介
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
コロナ禍も 1 年半を越え、その実体が明らかになる
につれ、一歩ずつではありますが大学も本来の機能を取り戻しつつあります。GRC においても、超高圧装置の遠隔操作システムの構築や代理実験の実施等に加え、変異種によるエアロゾル感染対策としての CO2 モニター設置など様々な対策・取り組みを行ない、GRC が運用する先進超高圧科学研究拠点（PRIUS）の共同利用・共同研究活動も本格的に再開されています。
長引くコロナ禍にあって研究・教育も思うように進められない中、GRC にとって大変嬉しいニュー1

て行った人はある意味よそ者扱いという、内向きのところが少し気になります。ノーベル物理学賞を受賞した愛媛出身の 2 氏が、いずれも海外に活路を見出したのは、このような愛媛の風土も無関係ではない気がします。もっともこの点は、受賞
者 3 氏がいずれも愛媛の中でも「都市部」ではな
い、いわゆる町村部のご出身であることと、より強く関係しているのかもしれません。
GRC においては、なるべく多様な若手人材を、できるだけ異なる大学・研究室や海外の研究機関から採用することを心がけてきました。一方で一定期間 GRC・大学・地域に貢献いただいた後には、他大学等へ異動することを妨げるものではありません。中核となる人材にはできる限り長くいて欲しいと願っておりますが、外に出て行った人も「GRC アルムナイ」として、引き続き強い連携を維持していただければと考えています。愛媛のいい面を活かしつつ、息の長い研究・人材育成を進める一方で、人材の適度な入れ替えと外部との連携を通じて、新たな方向性を不断に切り拓くことのできる組織を目指したいところです。

目島由紀子（技術専門職員）
河田重栄（技術補佐員）
白石千容（研究補助員）❖

客員部門
客員教授 Yanbin Wang（シカゴ大学GSECARS
代表・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名誉教授）
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）客員教授 八木健彦（東京大学名誉教授）
客員教授 舟越賢一（CROSS中性子科学センター研究開発部次長）
客員教授 平井寿子（元愛媛大教授・前立正大教授）
客員教授 井上 徹（広島大学大学院先進
理工系科学研究科教授）
客員教授 大藤弘明（東北大学大学院理学研究科教授）
客員准教授 西 真之（大阪大学大学院理学研究科准教授）
客員准教授 丹下慶範（（公財）高輝度光科学研究センター回折・散乱推進室主幹研究員）
客員准教授 西山宣正（住友電気工業（株）
アドバンストマテリアル研究
所主幹）



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
研究支援課・研究拠点第2チーム
十河幸子 （副課長）
八丈野真子（事務職員）
宮本菜津子（事務補佐員）
八城めぐみ（研究補助員）
濱田愛子 （事務補佐員）

センターの構成（R3.10.1現在）



実験系地球科学部門
入舩徹男（特別栄誉教授）
西原 遊（教 授）
河野義生（准教授）
境毅（准教授）
大内智博（准教授）
Steeve Gréaux（助 教）井上紗綾子（助 教）桑原秀治（助 教）
國本健広（特定研究員）
近藤 望（WPI研究員）
福山 鴻（学振特別研究員）
数値系地球科学部門
土屋卓久（教 授）
亀山真典（教 授）
土屋 旬（准教授）
出倉春彦（講 師）
Sebastian Ritterbex（特定研究員）

NEWS＆EVENTS❖❖

超高圧材料科学部門
内藤俊雄 （教授：理工学研究科兼任）
松下正史 （教授：理工学研究科兼任）
石川史太郎（准教授：理工学研究科兼任）
山本 貴 （准教授：理工学研究科兼任）❖「透明ヒスイ」の超高圧合成

ヒスイ（翡翠）は通常緑色の宝石の一種であり、ヒスイ輝石（jadeite）と呼ばれる鉱物の数ミクロ
ン～数十ミクロン程度の結晶の集合体です。国内で産する代表的な美しい鉱物であることなどの理由から、日本鉱物科学会により 2016 年 11 月に日本の「国石」として選定されました。ヒスイは多教育研究高度化支援室（連携部門）
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）
2

より、火星マントルの深さ 150～350 km において、地震波の低速度領域が存在することが示唆されました。
NASA に より 2018 年 5
月に打ち上
げられた火
星 探 査 機InSight は、
同年 11 月に
火星表面に
到着して以
来、様々なデータを地球に送り続けました。とりわけ、火星に設置された地震計により多数の地震（「火震」）が記録され、火星の内部構造を制約する詳細なデータが得られています。GRC-IMPMC の共同研究チームは、まず火星マントルに想定される物質に対して、火星内部に対応する高温高圧下での相関係を詳細に決定しました。更に放射光施設 SPring-8の高圧地球科学関連ビームライン（BL04B1）において、X 線その場観察と超音波測定技術を組み合わせることにより、火星内部で想定される物質の高圧相に対して、高温高圧下での弾性波速度を精密に決定しました。これらの結果、火星の上部マントル深さ 150km～350km に対応する圧力で、想定される火星のマントル物質の弾性波速度が、予想以上に低下することが明らかになりました。
本研究で得られた火星のマントルにおける低速度領域の存在に関する実験結果は、InSight ミッションによる最新の観測結果とも調和的であり、今後火星マントルを構成する物質や内部構造・ダ
イナミクスを理解する上で重要な手がかりを与えると考えられます。本研究の成果は 9 月 21 日付
で学術誌 Geophysical Research Letters に掲載されました。

結晶鉱物のため、結晶界面での光の散乱などにより、透光性はあまりよくなく、通常は不透明～半透明です。しかし、ヒスイを構成する鉱物の粒径を可視光の波長（約 400～800 ナノメートル）より十分小さくすることにより、高い透光性を有する「透明ヒスイ」が得られると予想されていました。
GRC では、超高圧下での物質合成法を駆使することにより、これまでにナノ多結晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）や、透明で硬いナノ多結晶ガーネットの合成を世界に先駆けて発表してきましたが、このたび同様の手法を用いて粒径 200～300 ナノメートルの多結晶体からなる透明ヒスイの合成に成功しました。ヒスイは高い耐摩耗性を持つことが知られており、今後更に粒径を 100 ナノメート
ル以下のナノ領域に減少させるとともに、微細組織の制御を行うことにより、新たな高硬度・耐摩
耗性材料として発展する可能性もあります。
本研究は愛媛大学理工学研究科博士前期課程を今春修了した満 圭祐さん（現・（株）三菱マテリアル）と、指導教員である入舩徹男 GRC 教授を中心に、大藤弘明 GRC 教授（現東北大学教授）、山田明寛滋賀県立大学准教授（愛媛大学理工学研究科博士後期課程修了）との共同研究として行われ、
日本鉱物科学会が発行する英文誌「Journal of
Mineralogical and Petrological Science」において、9 月 30 日にオンライン出版されました。

合成された透明ヒスイ（左）と天然のヒスイ原石（右：糸魚川市フォッサマグナミュージアム提供）【論文】
Xu, F., Siersch, N.C., Gréaux, S., Rivoldini,A., Kuwahara, H., Kondo, N., Mengu,y N., Kono,
Y., Higo Y., Plesa A.-C., Badro J. andAntonangeli, D., Low velocity zones in themartian upper mantle highlighted by soundvelocity measurements, Geophysical Research
Letters, 48(19), E2021GL093977, doi:10.1029/
2021GL093977, 2021.

【論文】
Mitsu, K., Irifune, T., Ohfuji, H., Yamada, A.,
Synthesis of transparent polycrystalline
jadeite under high pressure and temperature,
Journal of Mineralogical and Petrological
Sciences, 210319, doi:10.2465/jmps.210319,
2021.
【参考 HP】
日本鉱物科学会 HP 内：「ひすい」を我が国の「国石」として選定
http://jams.la.coocan.jp/ishi_2016.html❖❖ 第 2 回惑星深部研究会の開催
2021 年 9 月 10 日（金）に「第 2 回惑星深部研究会」をオンライン方式で開催しました。本研究会は、平成 27～31 年度文部科学省科学研究費助成
事業 新学術領域研究「核―マントルの相互作用と共進化～統合的地球深部科学の創成～」において
理論計算班の構成員を中心として実施していた班

火星マントルにおける地震波低速度領域

GRC の Steeve Gréaux 助教らのグループと、フランスの宇宙物理学研究所（IMPMC）との共同研究に
3

会議に端を発しており、惑星深部理論研究の情報共有・共同研究推進の継続発展を目指し、2020 年
度から GRC 鉱物物性理論グループが主催しています。地震学・惑星磁気学・鉱物物性理論を切り口として、今回は 6 件の依頼講演がありました。オンライン方式での開催ながら約 30 名の参加者があり、発表された最新の研究成果に関して活発な議論が行われました。本会は今後も定期的に開催される予定です。
科学ニュースの発信や、各分野の専門家による多様な視点からの意見・レポート、科学イベントの紹介等を行っています。このたび同サイトにおいて、「輝ける結晶研究」というタイトルで、GRC のヒメダイヤが信州大学で開発された信大クリスタ
ルとともに、2021 年 10 月 11 日付の動画ニュースとして配信されました。
【サイエンスポータル動画ニュース URL】
https://scienceportal.jst.go.jp/gateway/videon
ews/m200001005/index.html❖ 第 5 回 GRC イメージコンテスト 2021

【日時】2021 年 9 月 10 日 (金) 9:55〜16:00【開催方法】オンライン方式（Teams 利用）【プログラム】 (司会：出倉春彦）
出倉 春彦 開会の挨拶
金嶋 聰 (九州大学)
Seismic velocity structure of the upper
1000 km of the outer core大村 訓史（広島工業大学）
Molecular dynamics study of non-simple
liquids under deep-earth condition
John Hernlund（東工大）
A new mechanism for core-mantle chemical
exchange and consequences for the structureand dynamics of the CMB region
高橋 太（九州大学）
A compositionally-driven dynamo model
consistent with a sudden decline in the
lunar magnetic field
大鶴 啓介（東京大学 M1）
波形インバージョンによる南大西洋下 D″領域の 3 次元 S 波速度構造推定
佐藤 嶺（東京大学 M1）
波形インバージョンによる中米下 D″領域の三次元 S・P 波速度同時構造推定
土屋 卓久 閉会の挨拶❖

第 4 回受賞作品「SPring-8 から観察した国際宇宙ステーション」

GRC 広報活動促進のため、第 5 回 GRC イメージコンテスト 2021 を開催いたします。今年もコロナ
禍で GRC/PRIUS の活動が大きく制約されているた
め、それぞれの自粛期間中に撮影された写真・動画などでも構いません。奮ってご応募ください。
主催： 愛媛大学 GRC ホームページ委員
募集内容： GRC の皆さんでシェアしたい作品
テ ー マ： コロナ禍における活動Ⅱ
参加資格： 不問。一人何点でも応募可
締
切： 2021 年 12 月 10 日（金）受賞商品： GRC オリジナルグッズ※詳細は GRC HP (http://www.grc.ehime-u.ac.jp/)
をご覧ください。

ヒメダイヤが JST の Science Portal で紹介「サイエンスポータル（Science Portal）」は、科学技術振興機構（JST）が運用する科学技術の最新情報を広く発信する総合 Web サイトです。サイエンスポータルでは、情報、生物、地球、宇宙、
医療、物理・化学、材料、環境など幅広い分野の❖

PRIUS 共同利用者等の受け入れ

新型コロナウイルス感染症「第 5 波」の収束に伴い、愛媛大学においては BCP の見直しを行うと4

１月
1/14“Strength of diamond under high-pressure
and temperature determined by in situ Xray diffraction measurements”
Dr. Takehiro Kunimoto (Post-doctoral
fellow, GRC)

ともに、10 月よりステージの引き下げを行いました。これに合わせて、GRC が運用する PRIUS においても、本学が指定する「特別指定地域」（1 週間の 10 万人あたり感染者数が 25 名以上の都道府県）
以外からの、共同利用・共同研究等を目的とした訪問者の制限を大幅に緩和しています。
GRC としては様々な感染予防対策を講じており ま す が 、 来訪者の皆様におかれましても、
GRC/PRIUS のガイドラインに従い、引き続き十分な感染対策をお願いいたします。なお感染の再拡大に伴い再度ステージが変更される可能性がありますので、ご来訪に際しては愛媛大学・GRC のHP 情報をご参考いただくとともに、詳細は GRC 事
務までお問い合わせください。

1/21“High pressure generation over 4 megabar
Ⅱ”
Dr. Takeshi Sakai (Associate Professor,
GRC)
1/28“First principles calculation of hydrous
phases in the Earth and Planetaryinteriors”
Dr. Jun Tsuchiya (Associate Professor,
GRC)

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）

過去の講演

第551回“The regulation mechanism of redox
state of the Earth's magma ocean
inferred from experiments on redox
disproportionation of Fe2+”
Dr.Hideharu
Kuwahara(AssistantProfessor, GRC)
2021.7.2

１１月
11/5 “ Thermodynamic stability and crystal
chemical properties of the Li2ZrF6-type
structure in SiO2”
Mr. Saito Nakagawa (Master student, GRC)
11/12“Origin and formation process ofovergrown layers on hydrothermal quartz
crystals”
Ms. Rino Watanabe (Master student, GRC)

第552回“Sound velocity measurements at mantle
geotherm
temperatures:
results,
problems and perspectives”
Dr. Steeve Gréaux (Assistant Professor,
GRC)
2021.7.16

11/19“Anomalous behavior of Poisson’s ratioof glassy carbons under compression”
Mr. Haruma Asou (Master student, GRC)

第553回“A challenge to observe the processof faulting in rocks at high pressures”
Dr. Tomohiro Ohuchi (Associate
Professor, GRC)
2021.7.30

11/26“Effects of the core mantle compositionand pressure changes on the sulfur
partitioning in the deep Earth”
Mr. Kei Ito (Master student, GRC)
１２月
12/3“Synthesis of nano-polycrystalline diamondfrom glassy carbon under pressure
conditions of 10-15 GPa”
Ms. Chinatsu Ogawa (Master student, GRC)

第554回“Rehydration of crustal material in
the deep mantle and stability ofhydrous minerals andnominallyanhydrous minerals”
Mr. Gouru Takaichi (Master student,
GRC)
2021.10.22
第555回“Metal connectivity in bridgmanite
aggregate: Implications for theorigin of ULVZs at the lowermost of
the Earth’s mantle”
Mr. Hiroshi Ohgidani (Master student,
GRC)
2021.10.29

12/10“Recent developments in high-pressuresynchrotron
X-ray
experimentsofamorphous materials”
Dr. Yoshio Kono (Associate Professor,
GRC)
12/17“Transparent nano-ceramics”
Dr. Tetsuo Irifune (Director/Professor,
GRC)
5

and
are
re-examining
its
grain-size
sensitivity. Specimens containing 30% (Qu etal., J. Geophys. Res. 126, 2021) and <5%orthopyroxene,
displaycloselysimilar‘high-temperature background’dissipation. A
broad dissipation peak of modest amplitude
superimposeduponthebackgroundattemperatures of 900-1050℃ accounts for thesystematic variation with oscillation period
To and temperature of the slope of the logQ-1
vs logTo trends. This dissipation peak is thus
closely associated with the onset of
appreciable relaxation and is attributed toelasticallyaccommodated
grain-boundary
sliding in these fine-grained materials.

ALUMNI レポート㉖❖

オーストラリア国立大学地球科学研究所
名誉教授，Ian Jackson

It is now along time since
my memorable
sabbatical in
Matsuyama in
2003
duringthe very earlydays of the
Geodynamics
Research Center.
I thoroughly
enjoyed that stay in Matsuyama and theinteractions then and since with GRC Director
and long-time friend Professor Tetsuo Irifune,and also 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 in May 2017
following the joint JpGU-AGU meeting in Chiba.
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. During that time I havesupervised three PhD students through tocompletion: Yang Li (2016), Chris Cline(2018), and Richard Skelton. More recently I
have worked with two more PhD students:
Abdulwaheed Ògúnsàmì, whose thesis iscurrently under examination, and Tongzhang
Qu who is expected to finish early in 2022.
In‘retirement’, much of my time is spent at the‘Lilli Pilli campus’- our beach house at Lilli
Pilli beach near Batemans Bay on the southerncoast of the state of New South Wales - whichis also a meeting place for family.
We have continued to employ seismicfrequency forced-oscillation techniques instudies of high-temperature viscoelastic
relaxation in mantle materials, and instudies of cracked and fluid-saturated media
relevant to the Earth’s crust. Hightemperature studies of synthetic olivinepyroxene mixtures, with PhD student Tongzhang
Qu and collaborator Uli Faul (MIT) haveexamined the role of orthopyroxene as thenext most abundant upper-mantle phase after
olivine, the onset of anelastic relaxation,

Another highlight of recent research comesfromforced–oscillation
studies,collaborative
with
ANU
PhD
student
Abdulwaheed Ògúnsàmì and Jan Borgomano andJérôme Fortin of the École Normale Supérieure
Paris, of fluid-flow transitions responsible
for frequency dependence of elastic moduli(dispersion) and dissipation in cracked andfluid-saturated
media.
Axial
stressoscillation tests on a thermally cracked
specimen of soda-lime-silica glass, watersaturated at a low differential pressure (2.5MPa), reveal strong frequency dependence(dispersion)oftheYoung’s modulus
accompanied by pronounced strain-energy
dissipation (Ògúnsàmì et al., J. Geophys. Res.
125, 2020) Such frequency-dependent behavior,
attributed to stress-induced squirt flow ofwater within the crack network, precludes the
directseismologicalapplicationoflaboratory
results
fromconventional(ultrasonic) techniques.

6

最新の研究紹介
2) 銅酸化物や分子性物質の超伝導体の分野では、磁気揺らぎによる電子対形成が着目されてきた。しかし最近は、電荷や格子の揺らぎの観測例が増えてきており、超伝導転移との関連性から注目されている。そこで、β"−型 BEDT-TTF 塩に属す
結晶性の二次元系分子性導体は、電荷・格子・る常圧伝導体において、電荷と格子の揺らぎを検軌道といった複数の自由度が連動できる系として証するために、ヘリウム温度以下でラマンスペク
注目されつつある。対イオンなどの置換により分トルの長時間測定を行った。反転対称性を破る格子間距離が変わる「化学的圧力」や、数 kbar 程度
子歪みに対の「物理的圧力」によって、伝導性や磁性が変化応する振動するので、物性に影響を与え自由度を探索するモモードが、非デル化合物とみなせる。ここでは、1) 分子軌道準常に弱い強位にまつわる自由度の探索と、2) 電荷不均一な超度で観測さ伝導体における四量化揺らぎ、を紹介する。
れた（下図）。
1) 金属ジチオレン錯体は、化学圧力や物理圧力
このモードによってフェルミ準位近傍の軌道準位が入れ替わの波数を解りやすいと予想されており、単一成分金属やディ
析すること
ラック電子系との関連性から注目されている。まで、移動積分た、金属ジチオレン錯体塩に属する Pd(dmit)2 塩の大きな方
では、正三角格子に近い条件では量子スピン液体
向に四分子にならない、というパラドックスが存在し、これ並んだ短距も軌道準位の入れ替わりが原因である。本研究で離秩序（格子は、軌道準位の入れ替わりが起こる境界条件を探揺らぎ）の存索した。二量体における分子間距離が Pd(dmit)2
在を見出し
塩よりも長い Pt(dmit)2 塩に着目し、赤外・ラマ
た。今度は、分子の電荷量に鋭敏な振動モードに
ンスペクトルを観測・解析した。価数に鋭敏な分着目したところ、格子揺らぎと結合した電荷揺ら
子内振動は低温でピーク分裂を起こした。この結ぎに起因する二本に分裂したピークと、線幅の広果は、正三角格子の Pd(dmit)2 塩と同様に－1 価のい別のピークが共存した。前者は超伝導ギャップ
二量体のままでは不安定であり、低温では－2 価と 0 価の二種類の二量体が生じたことを意味する。 の形成に対応し、後者はフェルミ面に残る電子に対応することが示唆される。
（山本貴）
今度は、二量体内の分子間移動積分に反比例する
分子振動の波数を解析したところ、0 価の二量体❖ Thermal transport property at the lowermost
では Pd(dmit)2 塩の 0 価の二量体よりも移動積分
part of the Earth’s mantle
が大きかった。－2 価の二量体の移動積分は、Pd(dmit)2 塩の－2 価の二量体の移動積分の半分程
Heat transport in deep Earth controls its
度であった。
thermal evolution. Determination of the－2 価の二量体において移動積分が小さいのでthermal conductivity of the lower mantle (LM)あれば、反結合性軌道(AH)の準位は下がるので再is one of the central issues for a better
外殻軌道は結合性軌道(BL)になる。一方、0 価のunderstanding of deep Earth phenomena, such
二量体のほうでは、移動積分が大きくても反結合
as the manner of mantle convection, the性軌道(AH)は空なので、最外殻軌道は結合性(BL)evolution of the magnetic field, and innerである。開殻ラジカルである－1 価の二量体ではcore growth. However, it is poorly understood
結合性軌道(BL)準位と反結合性軌道(AH)準位が近because deep mantle pressure and temperature
かったため、半数の二量体において軌道準位の入conditions are quite difficult to replicate
れ替わりが解消されたと考えられる。
for laboratory experiments. Prof. Taku
Tsuchiya and I have been studying the lattice
thermal conductivity (𝜅𝜅lat) of the LM minerals.
Our computational approach based on thedensity-functional theory and the many bodyquantum perturbation theory for the phononphonon interaction in Boltzmann transport
theory was successfully applied first to theend-member of LM minerals, MgO, MgSiO3
bridgmanite, and MgSiO3 post-perovskite
7❖ 電荷・格子・軌道の自由度が連動する分子性伝導体の研究the incorporation of Fe cause such a
substantial reduction in the 𝜅𝜅lat (Figure).
The Fe effect would affect the thermaltransport properties of the lowermost mantle.
Now, we are currently working on the modelingof the core-mantle boundary heat flux using
our ab initio mineral physics dataset
including𝜅𝜅lat of Fe-bearing MgSiO3 also
determined recently in our research group(Haruhiko Dekura).

(Dekura and Tsuchiya, 2013, 2017, 2019).
Since major mantle minerals generally form
Fe and Al solid solutions, the effects of Fe
and Al incorporations on the 𝜅𝜅lat should be
investigated to obtain more realistic LM
conductivity. Recent experiments have shownsmall 𝜅𝜅lat of Fe-bearing LM minerals (e.g.,
Hsieh et al., 2017, 2018; Ohta et al., 2017;
Okuda et al., 2017). However, the temperature
and/or pressure conditions of experiments
were far from the actual LM condition, andthe effect of solid solution on the LM
conductivity is still unclear. In order toinvestigate the Fe effect under the LM
conditions,
wehave
extendedourcomputational
techniquestothe morerealistic systems, Fe-bearing LM minerals, inconjunction with the internally consistent
DFT+U method that well captures the Fe-O bondcharacter (e.g., Tsuchiya et al., 2005).

❖

惑星形成期における岩石天体内部の炭素分布

太陽系形成期初期には小さな塵が互いに集まり、衝突合体を繰り返し、やがて月や火星といった天
体サイズの微惑星と呼ばれる惑星胚がいくつもできたと考えられています[例えば Hayashi et al.,1985]。この過程において放射性懐変元素である
26
Al や微惑星同士の衝突によって発生する熱によって微惑星内部は溶融していたと考えられています[例えば、Elkins-Tanton, 2012]。溶融した微惑星内部では金属鉄とマントルが重力的に分離し、金属鉄と親和性の高い元素が天体表層から失われます。こうした分化過程は太陽系内の岩石天体表
層の元素組成の多様性を生み出した主要因のひとつであり、また高温高圧下における金属鉄とマグマ間の元素分配を調べることは惑星表層環境の成因を理解する上で本質的に重要です。
このような考えのもと、ここ数年私は高圧下における液体金属鉄－マグマ間の炭素分配に関する実験的研究を行ってきました。ここではこれまでの成果を簡単に紹介いたします[Kuwahara et al.,2019; 2021]。これまでも多くの先行研究で惑星分化過程における金属核－マントル間の炭素分配が調べられてきました[例えば Dasgupta et al.,2013; Li et al., 2016; Tsuno et al., 2018]。
しかしながら、先行研究では試料を封入するカプセルおよび炭素源としてグラファイトが使用されていました。したがって、炭素が飽和した条件下
で液体金属鉄－マグマ間の炭素分配が調べられてきたのです。2 相間の元素分配は対象元素の濃度に依存する場合があります。また、地球をはじめとした岩石天体の材料物質と考えられているコン
ドライトの炭素濃度を考えると岩石天体全体が炭素で飽和していたとは考えにくく、私は炭素濃度が液体金属鉄－マグマ間の炭素分配に及ぼす影響について検討してみることにしました。
本題に入る前になぜ 2 相間の元素分配が対象元
素濃度に依存する場合があるのかについて考えてみましょう。例えば、いくつかの椅子が置かれた部屋を考えてみましょう。この部屋に入る人の多くは椅子に座るはずです。なぜなら椅子に座ったほうがエネルギーが低い、つまり楽だからです。
部屋の人数が増えるにつれて、何人かは椅子に座(Mg,Fe)O ferropericlase (FP) formed by thesolid solution between MgO and FeO isbelieved to be the second most abundant
mineralafter(Fe,Al)-bearing
MgSiO3bridgmanite and post-perovskite in the LM.
Recently,
wehavecomputed/determinedanharmonic and harmonic lattice dynamical
properties of FP under the deep LM conditions,which is necessary for determining the 𝜅𝜅lat.
Because these calculations cost large amountofcomputations,weheavilyusedsupercomputers at Nagoya University. The
solid solution of ～10 mol% of FeO with theiron in the low spin state is found to
substantially reduce the 𝜅𝜅lat of MgO by morethan 50% at the whole LM conditions. Our
analysis demonstrates that decreases in thephonon group-velocity and phonon lifetime by8

らずに立つことを選ぶでしょう。こうした人は距離感が近い隣り合う椅子に座ることを嫌がるためです。椅子の数を超える人が部屋に存在するとき、椅子に座っている人と立っている人の比を考えてみると、その比は部屋にいる人の総数によって必ずしも同一とは限らないことが想像できると思います。2 相間の元素分配でもまさにこのようなことが起こると私は考えています。
実際にコンドライトと同程度の炭素を含めた出発試料を使い、液体金属鉄－マグマ間の炭素分配を調べてみた結果、グラファイトを用いた先行研
究と比べて液体金属鉄へ分配される炭素量は数倍低いことがわかりました。また、面白いことにマグマへ分配される炭素濃度はグラファイトを用いた場合とほとんど変わらないこともわかりました。
このことはコンドライトから成る岩石天体の分化過程において飽和に近い量の炭素がマントルへ分配された可能性を示唆します。さらに、マグマへの炭素溶解度は現在地球マントルで見積もられている炭素濃度を良く説明できることもわかりました。

その際に発生する散乱電子が回折を起こすのですが、その回折線からなる幾何学模様（菊池パター
ン）を 2 次元スクリーンに映し出し、そのパターン形状から結晶方位を特定します。菊池パターンの名前は、1928 年に雲母の電子線回折の研究を行った菊池正士博士に由来していることでも知られています。
私が学部生だった 20 年以上前では、国内の地球科学系では電子後方散乱回折パターン検出器（以降 EBSP 検出器）を保有している研究室は殆ど無かったと記憶しています。当時において岩石
試料の結晶方位を測定する際に用いる装置といえば、偏光顕微鏡とユニバーサルステージのセットが“常識”でした。この操作には熟練と時間を要します。私が博士後期の学生だった 2006 年ごろになって、静岡大（当時）の道林先生の研究室にお邪魔して EBSP 検出器に触れる機会を得られるよ
うになりました。初めて岩石試料の結晶方位マップを得た時には、とても感動したのを今でも覚えています。その後ポスドクとしてイェール大の唐戸先生の研究室でお世話になった際には、電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）と EBSP 検出器の組
これらの結果からコンドライトから成る微惑星、 み合わせが非常に強力であることを痛感しました。
そしておそらく惑星の溶融マントルは飽和に近い
EBSP 測定には大電流の電子線を要するため、短寿
量の炭素を保持していたとする仮説を発表しまし命のタングステンフィラメント電子銃では分析中
た[Kuwahara et al., 2021, GRL]。この場合、金に“ビームが落ちる”ことが珍しくありません。
属核に分配される炭素量は材料物質の炭素量に一方、長寿命の電界放出型の電子銃であればそのよって主に決定されます。今後、この仮説を補強ような問題は無いため、スムーズに EBSP 測定が行
すべく、より高圧条件下での実験を行いたいと考えます。私が GCOE 研究員として GRC に着任した
えています。
（桑原秀治）
2009 年には、EBSP 検出器を備えた FE-SEM がセン
ターに設置
してありま
した。これはセンター機器紹介
当時としては、国内の地❖ 電子後方散乱回折パターン検出器
球科学系で
は非常に珍
電子後方散乱回折を意味する EBSD（Electron
しかったとBack Scattered Diffraction）とそのパターン
思います。そ（EBSP）は、走査型電子顕微鏡にて結晶方位を決れ以降、夢中定する際に非常に有効です。加速された入射電子になって当装置を使い続けてきました。
線が試料表面に浅い角度で入射する際に、その試しかし導入から 10 年以上経過した GRC の EBSP
料表面付近の結晶内で非弾性散乱を起こします。
検出器の能力は、最新型のものとの格差が顕著と9なっていました。これは、EBSP から結晶方位を特定するのに要する計算処理速度が PC やソフトの性能に強く依存するためです。そこでこの度、GRC
では最新型の CMOS 搭載 EBSP 検出器を導入しました。パターン取得の速さは最新型のラインナップの中では通常のグレードですが、それでも既設のEBSP 検出器では測定に一晩要していたものが、今回導入した検出器では 10 分程度にまで短縮されました。これだけでも私にとっては驚きだったのですが、当検出器は測定が速いだけではなく、ドリフト補正を備えている上、EDS 元素マッピングとの併用も可能であることが私にとっては“革命的”でした。というのも、長時間マッピングはドリフトの問題を抱えることが普通ですし、多相系試料のマッピングでは、元素マッピングは重要な情報となるからです。いい検出器が入ったなあ、と感動しつつも、10 年もの間に私が浦島太郎になっていたことを痛感させられた次第です。まずは私自身が当検出器に慣れた上で、可能な限り早く共用開始となることを目指しているところです。
（大内智博）❖

すが、成功すれば稍深発地震の発生メカニズムの解明に近づく世界初の成果が得られるものと大いに期待しています。
愛媛大学GRCの大内智博先生主導のこの計画に
PRIUSを利用して参画できることは非常にワクワクするものであり、新しいセンサを使った実験を8月からスタートさせたところです。個人的には、20年以上ぶりに固体圧のマルチアンビル型の試験機に触れることができ、学生時代の師匠である故、島田充彦先生との思い出もよみがえり、身が引き締まる思いでした。COVID‑19の影響が明けるまでは訪問できる機会も限られると思いますが、これからもPRIUSを利用して実験を実施できることを楽しみにしておりますので、今後ともよろしくお願いいたします。
（川方裕則：立命館大学理工学部教授）

PRIUS 利用者の声

岩石内で
発生する微
小破壊にと
もなって放
射される超
音波帯域の
弾性波であ
る アコースティック＝エミッショ
ン（AE）は、直接視ることができない岩石の内部で進行する破壊現象に関する重要な情報源です。
岩石破壊に関連するAEは1960年代から研究が進められてきましたが、50年ほどの時を経て、AEの波形も自然地震による波形と同じように解析することが可能になってきつつあります。私はこれまで、センサの開発やセンサのキャリブレーション手法の確立にも携わりながら、100 MPa程度以下の法線応力下での破壊現象を対象に2m～10cm程度の岩石試料で発生するAEについて解析を進めてきました。
そして、この地殻に相当する圧力条件下で発生す
るAEについて、その規模と特徴的な時間に関する
スケーリング関係において、自然地震の延長上に位置する、すなわちAEはマグニチュードが－7程度の非常に小さい地震である可能性が示されました。
一方、愛媛大学GRCのD-DIA型超高圧変形装置
Madonna Iで実施されているGPaオーダーの超高圧
岩石破壊試験は、稍深発地震の模擬するものです
が、試料が20 mm程度と非常に小さくなり、AE計測
にとっては非常にチャレンジングになります。試料が小さいということは、対象とする微小破壊も小さくなるので、これまで以上に高周波（3～4 MHz程度）までを解析対象とする必要があるとともに、震源決定精度も向上させる必要があります。これを実現させるためのハードルはいくつもあるので
10❖

PRIUS利用者の声“Investigation of struturaltransitions and melting/recystallization dynamics
indisorderedsystemunder extreme conditions”
My research activities
are mainly focused on thephasebehavior
ofdisordered systems (liquids, glasses) under
extreme conditions, including pressure
induced polyamorphism, amorphization andmelting/recrystallization dynamics. I mainly
use diamond anvil cells for high pressure andhigh temperature experiments, and X-ray
absorption spectroscopy (XAS) for structuralcharacterizations. XAS is an ideal element
selective technique for probing the local

atomic structure and electronic properties indisordered systems. However,efficientcoupling of the technique with diamond anvil
cells had been largely restricted for many
years due to undesired glitches superimposedon the XAS spectra which is introduced by the
Bragg reflections of the single crystal
diamond anvils. The possibility of usingsynthetic nano-polycrystalline diamond (NPD)
anvils was a revolutionary change in thefield,
andofferedgreat
scientificopportunity for the high pressure XAS
community. Several experiments related with
my PhD thesis and recent postdoc projects
would not be successful without close
collaborations with prof. Tetsuo Irifune and
Dr. Toru Shinmei from GRC. Within theframework of PRIUS collaborations, we havedeveloped resistively heated diamond anvil
cells for XAS experiments [1], and studied
the local structural and phase diagram of ametallic liquid alloy under high pressure andhigh temperature (HP-HT) conditions [2]. Veryrecently, we also studied the phase behavior
and melting/crystallization
dynamics of glassy
and liquid Se
under HP-HT [3].
Thanks to the
NPD anvils, thequality of thehighpressure
EXAFS data wasvery good (see theattached figure)and allowed us
toperform
quantitative analysis with unprecedented
details and accuracy.
(YiminMijiti,
Post-doctoral
fellow,
University of Camerino, Italy)[1] Y. Mijiti et al., Rev. Sci. Instrum 91, 085114.
[2] Y. Mijiti et al., Phys. Status Solidi PRL,
2021, accepted manuscript (in press).
[3] Y. Mijiti et al, manuscript under preparations.

❖

わせていただきました。時期としましては新型コ
ロナウイルス感染の第4波と第5波のちょうど合間であったため全国的には感染者数は減少傾向にあったものの、コロナ禍でも東京からの来所を許可いただけるという大変ありがたいご連絡を受けました。この実験を行うにあたり、受け入れを許可していただきました入舩様、来所中の実験のほとんどと、活発な議論を行っていただきました桑原様、合成実験の前後でストラテジーを組んでいただきましたGréaux様、合成実験の際に議論をしていただきました福山様、またこのような状況の中で柔軟に東京からの来所に伴う手続きをしてくださいましたGRCのスタッフの皆様には大変お世話になりました。この場を借りて改めて感謝申し上げます。
実験の合間に西原様と研究のディスカッションをさせていただきました。自分の研究室以外の研究者との対面での議論はコロナ禍に入って以来初めてであったためとても懐かしく感じました。その場で交わされた議論から岡さんの研究が飛躍的に進み、また派生した新しい研究も生まれました。
学会もオンライン学会ばかりになってしまった昨今ですが、このような対面でばったり会って始まる議論から生まれる思いがけない研究の進展は大切であると改めて感じました。
今回の実験では様々な含水量のstishoviteを合成することに成功しました。私は高温高圧下における含水鉱物の物性に強い興味がありまして、早速持ち帰った合成試料の電気伝導度を測定しています。含水試料の合成と相同定、および含水量の分析を行う装置が全て揃っているGRCはとても魅
力的な場所です。PRIUSをまた利用させていただけ
ますと幸いです、今後とも何卒よろしくお願いいたします。まだまだ油断はできないコロナ情勢ですが、収束しまして対面での議論ができる日常が一日でも早く戻ることを願っております。
(奥田善之：東京大学 日本学術振興会特別研究員)

PRIUS利用者の声“含水stishoviteの合成実験”

編集後記：GRCでも徐々に通常の研究・教育活動が再開されつつありますが、来年には様々な行事を含めて対面での交流が再び活発になることを祈っています。
（T.I & Y.M.）。

私は7月中旬に同研究室博士課程の岡健太さんとPRIUSを利用してGRCに来所し、ORANGE-2000および-3000を用いて含水stishoviteの合成実験を行11📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷

第５回 GRC イメージコンテスト作品募集中📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷🎦🎦📷📷

【募 集 テ ーマ】 コ ロ ナ禍 に お ける 活 動 Ⅱ【募 集 内 容 】 G R C/P R IUS 関 係 者 の皆 さ ん でシ ェアし た い作 品 .📷📷 🎦🎦
＊未 発 表 の もの に限 る．
＊顔 が はっき りと 映 っ てい る場 合 は, 応 募 に関 しそ の人 物 に許 可 を と るこ と．
＊写 真 を加 工 し た もの で も可 .
＊カ メラ貸 出 可 能 （ミラ ーレ ス一 眼 カメ ラ・ 詳 細 は土 屋 旬 まで ）＊入 選 作 品 は 加 工 し , G RC ト ップペ ー ジに掲 載 予 定 ．
＊動 画 は mp4 形 式 , 30 秒 以 内 を目 安 とす る.
【提 出 方 法 等 】 デ ータ (10 MB まで )と作 品 タイ ト ル（短 い説 明 文 を加 え る ）.
US B での持 参 , e -ma il での提 出 可 .
Goog le フォ ト へア ップ ロ ード ．
動 画 に関 して は Yo uT ub e に「 限 定 公 開 」 でア ップロ ー ドし , リン ク先 を提 出 でも可 .
【参 加 資 格 】 不 問 ．一 人 何 点 でも応 募 可 .
【締切 】 20 21 年 12 月 10 日 （金 ）【 提 出 先 】 h t tp s ://p ho to s .app. goo.g l/ k spLGZ V C WVp3 e y i k6 にア ップロー ド （googl e アカウ ント が必要 ）も しく は土 屋 旬 (j u n t＠ e h im e- u .ac .jp )【賞

品 】 G RC オ リ ジナ ルグ ッ ズ【審 査 方 法 】 専 用 ウェブ ページ に て掲 示
委 員 会 メ ンバー と G R C/P RI US 構 成 員 の投 票 (学 外 か らの投 票 は記 名 投 票 とする ） .
受 賞 者 は数 人 ( 3~5 名 ) の予 定 .
【結 果 発 表 】 G R C 忘 年 会【受 賞 作 品 の公 開 /非 公 開 】 受 賞 作 品 の公 開 /非 公 開 に関 して は ，プラ イバ シー の観 点 など から受 賞 者 と もご相 談の 上 ，決 定 させて いた だきます．
【 著 作 権 】 応 募 作 品 の使 用 権 は G RC 帰 属 とさ せてい た だきます.

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