GRC Ｎｅｗｓ Letter2020.10.30
国立大学法人

No.58

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/

目きるソフトウエアを自力で開発し、一部の高圧装置では遠隔操作による実験が可能な体制を整えつつあります。実際に何件かの高圧実験の制御を学外から行ってもらい、問題なく動作することが確認されました。このような遠隔制御の体制は今後
順次他の装置にも拡張していく予定です。
その他、リモート会議に必要な機器の充実や、実験作業台のパーティションの設置など、コロナ禍を契機とした「新たな拠点活動様式」の確立・推進のため、GRC/PRIUS では様々な取り組みが行われています。一方で、第二波・第三波に備えて、マスクやアルコール等の備蓄も進め、このような状況の中でもより安全安心に研究・教育活動や拠点活動が継続できるよう、最大限の努力を払っています。マスクの功罪には色々議論もありますが、会話者双方がつけることは、
飛沫感染抑制に大きな効果があることは明白と思われます。
マスクといえば、私も 5 月の連休付近の 1 か月
近い一斉テレワークの後、徐々に普段の生活スタ
イルに戻し、日課となっていた夕方の散歩も 5 月
末からマスクを着けて再開しました。ついでにこれを機会に、大学周辺の路上でのマスク装着率
チェックを始めました。約一時間の学外散歩中にすれ違う人が、どれくらいマスクを着けているかのチェックです。この間（6/1～10 月末）に得られた、約 5 か月間の結果が冒頭のグラフです。
世の中が自粛ムードだった 5 月末は、ほぼ人と触れ合うことのない大学付近の路上でさえ 9 割以上の装着率でしたが、6 月に入ると目に見えてその割合は減少し、6 月下旬には 7 割以下に。このまま夏を迎えれば装着率は 5 割を切り、真夏にはゼロに近づくと予想しましたが、見事にはずれて
真夏の 8 月でも装着率はほぼ 7 割を維持したままでした。
7 月に入り全国的な感染増加傾向に転じるとともにマスク装着率も再び増加し、GoTo Travel が始まった 7 月下旬には極大（8 割程度）を迎えました。その後 GoTo の影響か全国的にも愛媛でも感染者が増えていたにもかかわらず、8 月に入ると気温の上昇に対応してマスク装着率は減少傾向に

次センター長挨拶
センター構成NEWS＆EVENTS:
入舩センター長が応用鉱物科学賞を受賞「知の拠点」でGRC紹介動画公開
JpGU-AGU 2020でオンラインセミナー
第4回GRCイメージコンテスト2020
ジオダイナミクスセミナー
ALUMNIレポート No.23
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
新型コロナウィル ス （ COVID-19 ）の拡大に伴う春から夏の活動制限期間を経て、GRC が運用する共同利用・共同研究拠点 PRIUS も徐々に正常化されています。この間、拠点活動を途切れさせないことを念頭に、様々な対応を試みてきました。
第一に外部からの利用者が、GRC に自ら来所しなくても共同利用・共同研究が可能なように、GRC
スタッフによる代理実験の体制を整えています。
このため内部スタッフによる対応を強化するとともに、GRC で学ぶ学生を実験支援者として雇用しています。これにはコロナ禍でアルバイトが困難になった学生に対する、経済的支援の意味も込められています。
また、代理実験が困難な場合にも対応できるよ
う、高温高圧実験の温度・圧力を外部から制御で1

転じ、8 月下旬にはまた 7 割を切りました。気温が下がりはじめた 9 月になると装着率は増加に転じ、このままいくと 11 月半ばにはまた 9 割程度になると予想されます。
マスク装着率変動の波には色々な要因が考えられそうですが、愛媛県全体で微々たる感染者しか出ていない真夏でも、7～8 割の装着率を維持していた結果には少々驚きました。大都市の市街地ならともかく、人が触れ合う距離に近づくこともな
く、一時間にすれ違う数が 100 人程度という、感染リスクほぼゼロの松山の路上でさえこれですから驚きです。
半年近く調査して、気づいたことがいくつかあります。第一にマスクをしていない割合が圧倒的に高いのは、ラフな格好で自転車に乗っている高齢者です。また、着けない人は感染状況や気温に関係なく、一貫して着けていないようです。ちな
みに全体的には、男女の差や年齢差はあまりないように思います。
ほぼ毎日、同じような時間・同じコースに出かけるので、不着用者の何人かは顔を覚えてしまいました。着けていない人にはつい厳しい視線を送ってしまうせいか、向こうもこちらを意識している気がします。知らず知らずのうちに、マスク着けているひとは「いい人」、そうでない人は「悪い人」と、一瞬で仕分けをしていることに気づきます。これがあの「自粛警察」の心境かと自戒しつつも、今後の推移を観察したいと思います。

大平 格（WPI研究員）❖

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）❖

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）
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/
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（東京大学名誉教授）
客員教授 舟越賢一（CROSS中性子科学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
所主席）



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）
和田まどか（事務職員）
宮本菜津子（事務補佐員）
上田瑠美 （研究補助員）
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（R2.10.1現在）



超高圧合成部門
入舩徹男（特別栄誉教授）
大藤弘明（教 授：東北大学兼任）（R2.10.1-）

大内智博（准教授）
西 真之（准教授）
Steeve Gréaux（助 教）
國本健広（特定研究員）
Youmo Zhou（特定研究員）
近藤 望（特定研究員）


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）
Sebastian Ritterbex（特定研究員）



物性測定部門西原 遊（教 授）（R2.10.1-）
河野義生（准教授）
境毅（准教授）
2

GRC/PRIUS では、その特色ある研究成果の一つである、ナノ多結晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）の合成についての動画「すぐにわかる世界一硬い
ダイヤモンドの作り方」を作成し、JURC ホーム
ページ及び YouTube 上で 8 月 21 日に公開しました。動画は愛媛大学広報関係教員・学生のご協力を得て、非常にクオリティーの高いものに仕上がっており、10 月末現在で公開されている 14 の動画の中でも突出して高い閲覧数が得られています。

NEWS＆EVENTS❖

入舩センター長が応用鉱物科学賞を受賞【 YouTube チ ャ ン ネ ル ：す ぐ わ か ア カ デ ミ ア 。 】
https://www.youtube.com/channel/UCnrOC_fopoXZTGGgagIbHIg❖

応用鉱物科学賞は、鉱物科学の応用研究分野
で顕著な研究業績をあげた者 1 名に、日本鉱物科学会から授与されています。本年度の受賞者
として GRC の入舩センター長・教授が選出され、2020 年 9 月 18 日（金）にオンラインで開催された同学会総会において賞状・副賞が授与されました。受賞題目は「ナノ多結晶ダイヤモンドの合成とその多様な科学研究・新材料創製への応用」であり、同教授が取り組んできたナノ多結
晶ダイヤモンド（ヒメダイヤ）の合成と応用、また超高圧合成法を利用した多様な「透明ナノセ
ラミックス」の合成が高く評価されたものです。
日本鉱物科学会は、それぞれ長い歴史を持つ
日本鉱物学会と日本岩石鉱物鉱床学会が統合されて 2007 年に設立されました。入舩教授は 1998
年に統合前の日本鉱物学会賞を受賞しており、初の学会賞と応用鉱物科学賞両賞の受賞者となります。

7 月 12 日～19 日にオンライン開催された、日本地球惑星科学連合（JpGU）とアメリカ地球物理学連合（AGU）の合同大会（JpGU-AGU Joint Meeting2020）において、GRC では iPoster で GRC 概要の説明・展示を行うとともに、7 月 12 日（日）にはオンラインセミナーを開催しました。
セミナーは Zoom によるラボツアーの形式で開始され、GRC がある総合研究棟や超高圧実験室の様子をリアルタイムで配信しました。その後、世界最大のマルチアンビル超高圧装置のある「創石実験室（Soseki Lab）」において、ダイヤモンド
アンビル装置を用いた高圧氷を作る様子を示すとともに、ヒメダイヤでできた世界で最も硬い乳鉢を用いて、天然のダイヤモンドを粉末にする実演を行いました。セミナーには一般の参加者を含め多数の人がオンライン参加し、合計 45 分のセミ
ナーの間に活発な質疑応答もおこなわれました。
尚、セミナーの動画は下記の YouTube においてご覧になることができます。

【参考 HP】日本鉱物科学会（JAMS）
http://jams.la.coocan.jp/index.html❖「知の拠点」で GRC 紹介動画公開

国立大学共同利用・共同研究拠点協議会（JURC）
は、共同利用・共同研究拠点に認定された国立大学の附置研究所・センターによって結成され、現在 79 拠点から構成されています。JURC では一般向けの短い動画「すぐわかアカデミア。」シリーズをホームページ上で公開し、各拠点が担う学術分野の動向や各拠点における研究成果を、広く一般の市民や学生にわかりやす知っていただく機会を設けています。

JpGU-AGU 2020 でオンラインセミナー【GRC オンラインセミナー】
https://youtu.be/gUjJ77MipkU❖ 第 4 回 GRC イメージコンテスト 2020
GRC 広報活動の促進のため、第 4 回 GRC イメージコンテスト 2020 を開催いたします。 今年はコロナ
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・動画を含め、 自由に題材を選んでいただいて結構です。また3

今年の受賞作品の公開/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。皆様、奮ってご応募ください!

1/22“Thermal and chemical interactions
between the core and mantle”
Dr. Taku Tsuchiya (Professor, GRC/ELSI-ES)

主催： 愛媛大学 GRC ホームページ委員会
募集内容： GRC の皆さんでシェアしたい作品
参加資格： 不問。一人何点でも応募可。
締
切： 年内を目途とし、 詳細は未定。
提 出 先： 土屋旬 (junt@ehime-u.ac.jp)※詳細は GRC HP をご覧ください。
http://www.grc.ehime-u.ac.jp/

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）

１０月
10/30“Thermal conductivity of Super Earth’s
mantle”
Dr. Haruhiko Dekura (Lecturer, GRC)
１１月
11/6“Sound velocities of subducted basaltic
crust in the deep mantle”
Dr. Steeve Gréaux (Assistant Professor,
GRC/ELSI-ES)
11/20“Two-dimensional numerical experimentson thermal convection of highly
compressible fluids withvariableviscosity and thermal conductivity:
Implications for mantle convection ofsuper-Earths”
Dr. Masanori Kameyama (Professor, GRC)

過去の講演

第532回“New high-pressure phases in the Al2O3SiO2 system: Phase relations andcrystal structures”
Dr. Youmo Zhou (Postdoctoral fellow,
GRC)
2020.7.17
第 533 回 “ Ultrahigh pressure structures ofamorphous oxides investigated by the
opposed type double-stage cell
apparatus”
Dr. Itaru Ohira (WPI Postdoctoral
fellow, GRC/ELSI-ES)
2020.7.31
第534回“Rheology of bcc-iron at high-pressureand high-temperature”
Dr. Yu Nishihara (Professor, GRC)
2020.10.9
第535回“First principles investigation ofhydrous phases in Earth's interiors”
Dr. Jun Tsuchiya (Associate Professor,
GRC/ELSI-ES)
2020.10.23

ALUMNI レポート㉓❖

広島大学大学院先進理工系科学研究科
教授, 井上 徹

11/27“A challenge to observe the process offaulting in rocks at high pressures”
Dr. Tomohiro Ohuchi (Associate professor,
GRC)
１２月
12/11“Structural evolution of SiO2 glass with
Si coordination number greater than 6”
Dr. Yoshio Kono (Associate Professor, GRC)

2017 年 4 月から広島大学大学院理学研究科地球
惑星システム学専攻（2020 年 4 月から先進理工系
12/18“Some recent advances in applications of
科学研究科に改組）に異動しました井上です。急NPD to high-pressure science and technology” に異動が決まったこともあり、その後 3 年間弱愛
Dr. Tetsuo Irifune (Professor, GRC/ ELSI-ES)
媛大に指導学生を残していましたので、2020 年 3月までクロスアポイントメント教授として雇って１月いただいていました。昨年 9 月に最後の学生に博
1/8“Numerical simulations on overriding plate
士号を授与でき、この 4 月に愛媛大退職というこ
behavior and mantle flow induced by slabとになりましたので、ここにアルムナイレポート
subduction in 2-D spherical annulus”
として寄稿させていただきます。
Ms. Mana Tsuchida (PhD. student, GRC)
4

私の愛媛大学との関わりは博士号取得直後の1994 年 4 月、入舩先生にお声がけいただき博士研究員として赴任したのが始まりでした。当時の入舩研究室には高圧発生装置が 1 台のみであり、理学部棟 1 階の 1 スパンの狭い部屋に入っていました。その横が 2 スパンの実験準備室で、この部屋に大勢が集まり実験準備をしていました。このこ
じんまりした環境が当時としては居心地がよかったのを覚えています。実験室では当時の入舩研の学生とよく話し、いまだに年賀状でやり取りを続けています。その後、約 1 年間のニューヨーク州
立大学ストニーブルク校博士研究員を経て 1996
年 10 月から愛媛大理学部助手として採用していただき、20 年以上もお世話になることになりました。地元にいた期間は高校卒業までの 18 年間でし
たから、ここ松山が人生で一番長く生活した街となります。
愛媛大ではいい学生に恵まれ、この機会に数えてみると、博士 7 名、修士 14 名、学士 38 名の学生さんにそれぞれの学位を与えて送り出すことができました。一人一人とのいろいろ貴重な思い出がありますが、この紙面上では書ききれないのでまたの機会にさせてもらいます。
ところで愛媛大で一番印象に残っているのは入舩先生の研究室運営の凄さです。冒頭に書きまし
たように高圧発生装置 1 台の研究室から、研究センターGRC の設立、全国共同研究・共同利用研への認可と、傍目で GRC がどんどん大きくなっていくのを見てきました。今や“世界の GRC”であり、これほど充実した研究機関は国内外を見てもそれほど多くはありません。私は現在、広島大で超高圧ラボ及び研究拠点を立ち上げていますが、その大変さに直面しています。3 年経ってようやく超高圧ラボが立ち上がってきましたがまだまだです。
GRC には足元にも及びませんが、地に足をつけて焦らず地道に進めていきたいと思います。広島大にお越しの際は是非お立ち寄りください。
最後に、コロナ禍のために活動が制限され、2020
年 3 月退職の際には GRC スタッフの皆さんにはきちんと挨拶ができていないままになっており失礼をしています。お許し下さい。GRC では長い間本
当にお世話になりました。この 4 月以降は客員教授にしていただいていますし、コロナの影響が一段落すれば共同研究・共同利用でも学生を連れてお世話になります。今後ともよろしくお願いいた
します。

5

❖

台湾中央研究院地球科学研究所
研究員，Wei Sun

Study on sound velocity ofmantlemineralsisapowerful tool to understandthe Earth interior, which is
rapidly developed during
recent few decades. The
scientists of Geodynamics
Research Center (GRC) havemade enormous contributions
tosuch
in-situ soundvelocity measurements using
ultrasonic interferometry combined withsynchrotron X-ray techniques and the multianvil apparatus, and GRC gradually grew into
one of the most prestigious research centersof high-pressure Earth science. I've heard a
lot about GRC when I was a PhD student ofInstitute for Study of the Earth’s Interior
in Okayama University. Therefore, after
graduation in May, 2017, I was lucky to havean opportunity to be a member of GRC, andcontinued my high-pressure research as a WPI
post-doctor.
During my three-years in GRC, Prof. Tetsuo
Irifune, the authority on the sound velocity
determination offered me much guidance andthe other GRC members also greatly helped me
to gain intensive and systematic knowledge inthis field. Via cooperation with Prof. Steeve
Gréaux and other GRC members, we determinedsound velocities and densities of wadsleyite
and hydrous ringwoodite at high temperaturesand high pressures. Since wadsleyite andringwoodite are thought to be the dominant
minerals in the mantle transition region(MTR), our researches are very important tounderstand the constituent of the deep Earthinterior and help us to acquire the iron andwater contents in MTR. Because of superior
facilities and excellent environment in GRC,
I have achieved some success in my study andwork. Our research progresses have beenreported in many international conferencessuch as Goldschmidt conference and JpGU, andpart of our results have already been
published (Sun et al., 2018, EPSL; Sun et al.,2019, JGR), Besides scientific research, I
also feel deeply indebted to administratorsof GRC for all their kind help, because ofwhich, my daily life in Matsuyama was homey
and convenient.
I left Ehime on June, 2019 and found anotherpost-doctor position in Institute of Earth
Sciences of Academia Sinica in Taibei of
China. At present, I am making a cooperation
with Prof. Wen-Pin Hsieh and try to determine
the affection of iron and water on thermal
conductivities of wadsleyite and ringwoodite
via diamond anvil cell (DAC). Although theirtechnique is quite different from the soundvelocity measurements in GRC, our new topic
is an important supplement to my Earthscientific research under a large background,which help us to lift the veil of MTR. It has
been more than one year since I left GRC andJapan. I am really missing my friends in GRC
and three-years life in Matsuyama. I hope infuture I could do more collaboration with GRC
members, especially after I return tomainland of China. However, because of COVID19 virus, this year is difficult for theworldwide people. I sincerely wish the livesof all GRC members are fine and healthy, andpray the virus to vanish as soon as possible.

Raman signals during measurements directly at
experimental conditions. Using developed
methods and techniques, in situ spectroscopyof the C-O-H fluid species, coexisting withthe silicate minerals of eclogite assembly,
were performed in the stability field of
diamond. During my work at GRC I enjoyedattending the “ Core-Mantle Coevolution”
international frontier seminars and theseminars given by GRC members and visitors.
International conferences and seminars, whichwere held at GRC, gave me a chance to meet
specialists from the various fields ofscience and to broaden my field of vision. At
the same time, the help from researchcoordination and technical development office
and administration of Ehime University mademy research going smooth. I also highly
appreciate support from GRC students andJapanese class teachers, which resulted ingreat improvement of my knowledge of Japanese
language and working culture.
After returning back to Russia, I continued
my work on technological developments fordiamond anvil cell experiments under theguidance of Dr. Anna Spivak at the Mantle
Laboratory of the Institute of Experimental
Mineralogy, Russian Academy of Sciences.
Currently at my laboratory I am surrounded by
the wonderful co-workers and experienced
technicians, whose efforts and support were
essential for the establishment of externallyheated diamond anvil cell instrumentation
combined with Raman spectroscopy at our
institute. This progress would not be
possible without technical knowledge andexpertise that I was lucky to obtain in Japan.
Installed equipment is unique for Russianlaboratories and now we receive many offers
for participation in the collaborative
projects. The outbreak of the novel
coronavirus (COVID-19) in Russia did not havemuch impact on our work, though we had topostpone international collaboration. Masks
and gloves became a part of the daily life in
Russia and are required at the shops (seephoto) and on public transport.
I was glad to know that my application for
the Joint Usage/Research (PRIUS) at GRC was
accepted this year. Unfortunately, the travel
restrictions imposed around the world due tothe COVID-19 pandemic situation are still inplace. Russia was the first country toregister a COVID-19 vaccine and hopefullyinternational scientific cooperation in this❖ Institute of Experimental Mineralogy,
Russian Academy of Sciences
Research scientist，Nadezda Chertkova
I was a research fellow at the Geodynamics
Research Center (GRC) from May 2016 to May
2019. It was a great opportunity for me togetfamiliarwithstate-of-the-art
experimental
equipment,
innovativetechniques and, most importantly, outstanding
people who helped me in my work and in mydaily life throughout this period. At thattime, I was working on the development of
external heating system for the different
types of diamond anvil cells, in order toachievehighexperimental
parameters(temperatures and pressures), corresponding
to the upper mantle conditions, and to takean advantage ofmonitoring thesamples visuallyduring heating
and performing
their analysis
in situ. The
adjustmentof
inner assemblies
was done for the
diamondanvil
cells to obtainthestronginfraredand6

STF+とが入れ替わっている。実際には分子は動け

issue will help the humanity to overcome thechallenge. I am looking forward to visiting
GRC
again
and
to
continuationofcollaborative
researchandscientificdevelopment worldwide.

ないので、分子より遥かに軽くて小さい電子が動き回って所属先の STF を絶えず変えている。これは人間から見ると伝導電子に相当し、実際α STF2I3 は（金属原子はどこにも入っていないが）例えばアルミニウムなどと同じく金属の性質を示す。
α-STF2I3 の特徴は、硫黄原子とセレン原子が非常に似通っているため、分子がほぼ左右対称で、どちら向きに配列しても、できて来る結晶のエネ
ルギーや体積はほとんど変わらないという点である。こうした場合はむしろ全くランダムに配列した方が、エネルギーが下がって安定になる。これ
が乱れの原因である。このように、伝導電子の所
属先（STF 分子）つまり電気の通り道に乱れがあると、通常は電気の流れをかなり深刻に邪魔するというのが、固体物理と物性化学の常識だった。
しかしα-STF2I3 の場合、そのような傾向が見られない。その理由として硫黄とセレンの電子密度は完全に（厳密に）平均化されていることが、最近計算と実験両面から示された。言い換えれば、α-STF2I3 の結晶中では、周期表（図）にはない硫黄とセレンの中間の元素が実現していることに相当する。乱れの典型的な検出法である（放射光で撮影した）X 線写真にも、散漫散乱が一切現れない。
世の中で最小の原子（水素原子）の 100 分の 1 の大きさまで見分ける X 線でも、α-STF2I3 結晶中の硫黄とセレンの違いは見抜けなかった。このような電子状態は意外にも非常に安定で、広い温度範
囲と圧力範囲で保たれている。有機合成等の通常の化学的手法ではもちろん、核融合でも実現できない“特殊な原子”を含んだ分子である。
更にα-STF2I3 にはボーナスが付いた。この特殊な環境におかれた伝導電子が、いわば化学反応ならぬ“物理反応”を起こし、質量ゼロで光速に近い速度で動き回る特殊な粒子になっているという発見である。大昔にディラックという理論物理学者（1933 年ノーベル物理学賞受賞）が予言し、おそらく多くの人が電波望遠鏡などを使って宇宙中を探したと推測されるが、我々はフラスコの中か
ら顕微鏡で見つけた。高圧と磁場を掛けると、現在の固体物理の法則では説明のつかない奇妙で美しい電気特性を示すが、その話はまたの機会にさせて頂く。
（内藤俊雄）

最新の研究紹介❖

乱れを利用した“周期表にない元素”の実現

ここでは、分子が集まってできる結晶ならではの興味深い現象を紹介する。結晶というのは原則としてそれを構成するすべての原子が、縦、横、高さ方向に寸分の狂いもなく、決められた位置と順番で整列した塊である。今回紹介する結晶は大きさ 1 mm にも満たないが、そこに含まれる原子の数は 0 が 15 個から 20 個並ぶような、天文学的数字に上る。これだけ多数の原子が集まると、時々その並び方に手違いが生じることがある。実際に今回の例でも、その中の一組の原子の対（硫黄 Sとセレン Se）だけは、ランダムに配列している（図）。これを“乱れ”という。乱れを含んだ結晶ができること自体は決して珍しくないが、我々が30 年ほど前に合成したα-STF2I3 という物質が、今頃になって思わぬきっかけで脚光を浴びている。

α-STF2I3 の構造を X 線で見ると、STF という有機分子と I3-という無機イオンとが 2：1 で結晶を組んでいる。従って計算上、STF は＋0.5 価、つまり電子が半分だけ欠けているという特殊な電子状態を取る。実際には電子は半分には割れないので、やむを得ず結晶中のすべての STF 分子でこの不足分を痛み分けすることになる。つまり全体のうち半分の STF 分子は+1 価（STF+）、残りは中性（00価；STF ）になればよい。しかし電子を 1 個出す
かどうかでその分子のエネルギーは大きく変わる
ため、誰が電子を出すかはそう簡単に話し合いがつかない。その結果、結晶中で絶えず STF0 と
7

❖

鉄含有マグネサイト高圧相の第一原理計算

2016 年から数年間、Deep Carbon Observatory（DCO 国際深部炭素観測計画）とよばれるプロジ
ェクトにタスクフォース（TaskForce 2020）のメンバーとしてかかわる機会をいただきました。この DCO とは 2009 年から 10 年間、アメリカのス
ローン財団の資金提供によりカーネギー地球物理学研究所を中心とした世界各国の研究者が地球内部の炭素循環を追い求める巨大な研究プロジェクトです。二酸化炭素は温暖化の原因とされていますが、実は地球に存在する炭素のほとんどは地球内部に存在します。その炭素の地球内部循環について火山学、海洋学、生物学、鉱物学、地球化
学、地球物理学など多岐にわたる研究者が学際的に研究を行うというものです。私自身は炭素の研
究は最近行ってなかったのですが、この DCO が2019 年に終わるため、これまでに築き上げた DCOの研究成果(Legacy)を 2020 年以降どのように展開するかについての助言を行うタスクフォースへ加わるよう依頼されました。とは言え、DCO の個々の活動についてはほとんど何も知らない状態で、年何回か行われる会議では完全にアウェーな雰囲
気の中で、議論についていくのだけでもかなりハードでした。ですが、おかげで研究以外にも大型プロジェクトの運営やアウトリーチの方法（魅力的かつ壮大な映像資料やフルカラーの書籍）など学ぶことが多かったです。もちろん潤沢な資金があるからこそ出来るのですが…いつか何かの機会に活かせるといいなぁ。
この DCO にかかわったのが理由ではありません
が、ちょうど 2017 年に研究室配属された学生さん
が地球内部の炭素の循環に興味があるとのことで、卒業研究に選んだのが表題の鉄含有マグネサイトの研究です。上にも述べた通り、炭素の 90％は地球内部に存在すると考えられています。地球深部において、炭素はダイヤモンドや炭酸塩鉱物のような状態で存在しています。炭酸塩鉱物として代表的なものは石灰岩に含まれる CaCO3 カルサイト（方解石）や MgCO3 マグネサイト（菱苦土鉱）です。このうち、高温高圧下で最も安定性が高いと考えられているのがマグネサイト（空間群𝑅3̅𝑐）です（図）。MgO6 八面体と炭酸塩鉱物に特徴的な平面

四面体をもつ結晶構造（空間群 P1̅および C2/m）へと相転移することが理論および実験において報告されています。
我々が興味を持ったのは、この一連のマグネサ
イトの構造相転移において、鉄が含まれた場合どのような影響があるかについてです。炭酸塩鉱物
はマントル主要構成鉱物に比較して密度が小さいのですが、鉄を含むことによってマントル内部においても重力的安定性の増加が見込まれます。さらに、高圧下では鉄含有マグネサイトにおいて高スピンから低スピンへのスピン転移が起き、それがマグネサイトの構造安定性に寄与する可能性も指摘されています。そこで、鉄のスピン状態を適切に取り扱うため内部無撞着 LDA+U 法と呼ばれる手法を用いて鉄含有マグネサイトの高圧相の第一原理電子状態計算を行いました。

鉄を含有しないマグネサイトは約 60 GPa で P1̅構造、さらに 80GPa で C2/m 構造へと相転移します。
今回、鉄を 17%含むマグネサイトでは、50 GPa で高スピンの鉄を含む P1̅構造、さらに 80 GPa で同じく高スピン鉄を含む C2/m 構造へ相転移し、相転
移圧力自体は鉄を含まない系とそれほど大きく変化しない結果が得られました。また 2 つの高圧相はいずれも低スピンではなく、高スピンの状態が安定であることを示しています。これは、先にも述べたように、相転移による陽イオン配位数の増加が原因で、配位多面体の体積が大きいためイオン半径の小さい低スピンよりも高スピン状態のほうが安定化したためだと考えられます。
この論文は、ボブさん（Bob Liebermann）の編
集 に よ る Minerals-Orson Anderson 追 悼 号(Tsuchiya et al. (2020) Minerals, vol.10, 54,
doi:10.3390/min10010054)において発表されました。論文共著の卒業生にも久しぶりに連絡をとりましたが、元気にやっていることを知りうれしく思いました。（土屋 旬）❖ Does the Earth’s inner core oscillate andtranslate anomalously?

3 配位した CO3 から成る結晶構造を持っています。
一般的に、圧力誘起結晶構造相転移では陽イオン
配位数が増加することが多く、マグネサイトにおいては 60～80 GPa で、この平面 3 配位構造が CO4

In a recently published study in Scientific
Reports (Ritterbex & Tsuchiya 2020, 10, 6311),8

I have employed a theoretical mineral physics
approach to predict for the first time theviscosity of hexagonal close packed iron at
the extreme pressure and temperature
conditions of Earth’s inner core incollaboration with the Theoretical Mineral
Physics Group at the Geodynamics ResearchCenter, Ehime University.
The Earth’s inner core, hidden 5150 km below
our feet, is primarily composed of solid ironand is exposed to pressures which are ～3.3
to 3.6 million times that of atmosphericpressure and to temperatures of ～5000-6000
K, corresponding to the surface temperatureof the Sun. From seismological observations,
we know that seismic waves travelling throughthe inner core show a strong directional
dependence, a phenomenon known as “seismic
anisotropy”. This is likely due to thealignment of the iron crystals, somethingthat could result from the deformation inside
the inner core. More specific variations inseismic anisotropy between the eastern andwestern inner core hemispheres have also beenreported. Other seismic studies furthermore
suggest distinct fluctuations in the innercore rotation rate with respect to that of
the Earth’s crust and mantle. Althoughprevious geodynamic modeling studies predictthat the hemispherical asymmetry of theseismic anisotropy structure can be explainedby a translational motion of the inner core
and that variations in the length of day canbe explained by the gravitational coupling
between the mantle and a weak inner core, thecauses and mechanisms of these enigmaticfeatures remain unclear because thesemodeling studies rely on the poorly
constrained mechanical strength of iron at
the extreme conditions of the Earth’s center.
This mechanical strength depends on theability of minerals to undergo slow plastic
deformation in response to small mechanicalstresses, called “creep”, typically describedby a parameter known as “viscosity”. Creepof crystals is accommodated by the motion ofimperfect arrangements of atoms in the
crystal structures called “lattice defects”
and is particularly limited by atomic
diffusion under the extreme conditions of theinner core. Such conditions impose technicaldifficulties to laboratory experiments thatmakes measurements of the inner coreviscosity currently impossible. Instead, Iapplied atomic scale computer simulations

based on quantum mechanics theory, called theab initio methods, to quantify atomic
diffusion in hexagonal close packed (hcp)iron, the most likely phase of iron stable in
the inner core. This theoretical mineral
physics approach is able to predict
electronic structure and chemical bonding
highly accurately and is thus a quite
powerful tool in investigating material
properties at extreme conditions which are
difficult to handle by experiments. In thisstudy, the technique was applied to computeiron self-diffusion behavior through theformation and migration of point defects.
Results are applied to microphysical models
of intracrystalline plasticity to compute therate-limiting creep behavior of hcp ironnumerically. The modeling provides evidence
that the viscosity of hcp iron is lower thanassumed in previous geodynamic studies and isdetermined by the transport of shear throughthe crystal lattice, a plastic deformation
mechanism known as “dislocation creep”,
which can lead to the formation of
crystallographic preferred orientations (seefigure). This suggests that plastic flow of
hcp iron might contribute to the crystalalignment and thus to the seismic anisotropy
observed in the inner core.

The results are able to shed new light on
the enigmatic properties of the inner core.
It is demonstrated that the low viscosity of
hcp iron derived from the theoretical mineral
physics approach is consistent with a strong
gravitational coupling between the inner coreandmantlecompatible
withgeodetic
observations of small fluctuations in the
inner core rotation rate. The results
furthermore predict that the inner core is
too weak to undergo translational motion,
meaning that the hemispherical asymmetricanisotropy structure is likely to haveanother, yet unknown, origin. Instead,mechanical stresses of tens of Pa aresufficient to deform hcp iron by dislocation9

creep at extremely low strain rates,
comparable to the candidate forces able todrive inner core convection. The associatedviscosity is not a constant but instead depends
on the mechanical stress applied to the innercore, a behavior known as “non-Newtonian
rheology”. This non-linear deformation behavior
is thus expected to govern the dynamics ofthe Earth’s inner core. Future incorporationof the rheological properties of hcp iron
derived in this study in geodynamic modelingwill enhance our understanding of the growth,
dynamics and evolution of Earth’s inner core.
（Sebastian Ritterbex）

センター機器紹介❖

電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）

本装置（日本電子製 IT-500HR）は、主に高圧実験後の回収試料の微細組織観察や鉱物相の同定、
化学組成分析を行うための装置で、2020 年 3 月に当センターに納入・設置されました。GRC では 2005
年に導入した同タイプの装置（同社製 JSM-7000F、
EDS および EBSD 検出器付き）が長らく主力装置として務め、これまで多くの先端研究の推進に貢献してきましたが、老朽化により真空系や操作系、電子銃周りなど故障が頻発し、ここ数年は修理対応に追われる状況でした。加えて、平成 25 年に共
同利用・共同研究拠点（PRIUS）がスタートして以来、国内外の研究者からの使用要請も多く、GRC 学
生の卒論・修論研究が本格化する年度後半などは予約がかなり混雑している状況でした。SEM-EDS
による微細組織観察と化学組成分析は、X 線回折やラマン分光分析などと並んで、高圧合成試料のキャラクタリゼーションを行う上で、今や最も基本的かつ必須のルーチンであるため、実質的な後継として本装置を導入するに至りました。
今回導入した日本電子製の IT-500HR は同社が展開する JSM-7000 シリーズの下位に位置するエントリークラスの FE-SEM ですが、たいへん操作性が良く、十分な性能を有しています。元々フィラ
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メントタイプの電子銃を備えた通常の SEM（IT500）の鏡筒周りや真空系をアップグレードして電界放出（FE）電子銃を搭載したモデルで、GRC で博士号を取得し、現在は日本電子（株）の SEM アプ
リグループで働いている小島洋平さんにもお薦め
いただきました。FE 電子銃よりつくられる電子プ
ローブは極めて細く、加速電圧 30 kV で 1.5 nm という高い分解能を有し、水分を含む試料や表面に帯電防止蒸着を施していない試料も観察可能な低真空モードも備えています。操作系のインターフェースも（これまで GRC でメインに使用してきた
JSM-7000F と比べると）今風のスタイルに刷新されており、タッチ対応モニターを介したタッチ操作も可能です（図）。分析前に備え付けの CCD カメラで撮影した光学像と高倍の SEM 像をシンクロ・
リンクさせる Zeromag（ゼロマグ）という大変便利な機能も備わっており、ステージ上での試料位置やターゲット部位を光学像で確認しながら、 倍率ダイヤルを回すだけでそのままシームレスに高倍の SEM 観察へと移れるのは、かなりの時短、効率化に繋がります。
EDS（エネルギー分散 X 線分光装置）も既設のフィラメント型 SEM についていたオックスフォー
ド・インストゥルメンツ社製の X-Max＋Aztec シス
テムを移設したので、これまでメインで使用してきた FE-SEM とほぼ同様、同水準で局所化学組成分析が可能です。また、SEM 装置本体には EBSD（後方散乱電子線回折）検出器や CL（カソードルミネッセンス）検出器などを追加するための拡張ポートも備わっており、将来的に機能を拡張することも可能です（予算次第ですが）。
本装置の導入により、GRC が推進してきた高圧実験と回収試料の分析に基づく高圧地球科学研究のさらなる進展や、ヒメダイヤ研究の応用から生み出されたナノ多結晶セラミクスや関連機能性材
料開発の新展開が期待され、また、共同利用・共同研究（PRIUS）課題においても主力装置として活躍してくれることと思います。
（大藤弘明）

❖

PRIUS 利用者の声

れからもどうぞよろしくお願いします。
（柿澤翔：
広島大学大学院先進理工系科学研究科助教）

茨城県東海村にあるパルス中性子源❖ PRIUS 利用者の声
J-PARCに高圧ビー
ムラインPLANETがこの4月にGRCから九大に移りましたが、現在も設置され、高圧下
引き続きPRIUSにてGRCの方々や装置にお世話にな
における中性子回っております。振り返ってみると、GRC所属となる
折実験が行われる前の横浜国大にいた際からPRIUSでは大変お世話ようになりました。 になっており、私の研究活動において重要な存在
中性子は水素を含となっております。特にこの度のコロナ禍では、む軽元素の観察が“リモート実験”という形にて8月にマルチアンビ可能であり、X線とル高圧発生装置ORANGE-3000を福岡にいながら利相補的な関係を持つ強力な実験手法です。一方で、 用させて頂きました。そこで今回のこの来所を伴回折中性子の強度が弱いというデメリットがあり、 わないPRIUS利用について、ご対応頂いた方々へ感
それを補うために大容量の試料の確保や開口角の謝申し上げると共に、実際に行いましたリモート確保を行う必要があります。現在の主な実験方法
実験の様子について少しお伝えさせていただきたは 、 開 口 角 を 確 保 す るた め に マ ル チ ア ン ビ ル
いと思います。
(MA)6-6式を用いて行われており、12 GPa、2000 Kまでの実験がルーチン的に行うことが可能になっています。一方で、それ以上の圧力はMA6-8式で行うことが試みられています。
私たちは、中性子回折実験の可能な温度圧力範囲を広げるためにMA6-8式の高圧セル構成の最適化
をPRIUSを利用させていただき行っています。特に大容量の試料を確保しながら高温高圧を発生させるためにヒーターやガスケットサイズを変更させながら試行錯誤で実験を行わせていただいています。現在までにMA6-8を用いて12 GPa、1000 Kまでの条件でリートベルト解析に耐えうるデータの取元々私は8月上旬にPRIUSを利用してGRCに来所得に成功しています。発生圧力の拡大には至ってし、ORANGE-3000を使い変形実験のための出発物質
いませんが、大容量の試料を確保することでMA6を焼結する予定でした。しかしながら7月後半から
6式よりも高強度の回折中性子の取得が可能にな
全国的に新型コロナウイルス感染の第二波に見舞りました。これにより高温高圧下におけるhcp相のわれ、予定していたPRIUS来所についても受入れが鉄水素化物中の水素量・水素位置・水素化に伴う見送られることになった中、リモート実験という
体積膨張率の決定を行うことができました。これ形で（更に当初実験を予定していた日と同じ日に）らを用いることで高温高圧下での水素量をX線で装置を利用させてもらえるという大変有難いご連も決定することが可能になり、hcp相の鉄水素化物
絡を受けました。このリモート実験では、組んだの安定領域や相図の決定を迅速に行うことが可能
セルのセットや装置の操作そのものは代行して頂になりました。
くものの、加圧中のログをリアルタイムで手元の愛媛大学GRCでの実験では新名さんをはじめGRC
PC画面で確認でき、加熱プログラムについては自のスタッフの皆様に大変お世話になっております。
ら遠隔で操作可能とのことでした。このような実
この場を借りてお礼申し上げます。私事ですが、験様式はPRIUSご担当の方々にとっても今回が初
この4月に東京大学地殻化学実験施設から広島大めての試みと聞きましたが、事前のPC操作テスト
学に異動しました。広島大学には学習院大学の赤や当日の流れ確認などを念入りに行って頂きまし荻先生から譲り受けた600 tonのマルチアンビルて、当日は回線落ち（私の方の通信環境の問題に型高圧発生装置(MAPLE600)が設置されましたが、よる）等もありましたが最後まで無事に実験を終
大容量試料合成や分析装置を今後とも使用させてえることができました。後日、回収試料は郵送でいただけますと幸いです。新型コロナウイルスの送っていただき、現在は実験試料としてさっそく影響でGRCに行ける機会が少なくなりましたが、こ11

使っております。今回のこのリモート実験を行うにあたり、こちらでは用意できないパーツ類を準備していただきました河田様、遠隔操作のための通信環境等を整えていただきました新名様、実際に装置の操作をして頂きました大内先生にはこの場をお借りして特に感謝申し上げます。
現在はPRIUS来所の受入れが再開したことで、今度は主に透過型電子顕微鏡の利用のためにPRIUS
でまたお世話になっております。今後ともどうぞよろしくお願い致します。
（坪川祐美子：九州大学大学院理学研究院助教）

編集後記：PRIUSにおける共同利用も受け入れを再開するとともに、リモート実験・代理実験など様々な取り組みを開始しています。詳細はGRCスタッフにご相談ください（T.I & Y.M.）。

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